2 Equilibri di solubilità

Equilibri di solubilità

Quando abbiamo una soluzione satura di un sale, presente come corpo di fondo, è sempre in equilibrio con i suoi ioni disciolti: si ha appunto corrispondenza tra le molecole che passano dal solido alla soluzione e viceversa. È proprio questa la definizione di soluzione satura: è una situazione di equilibrio dinamico, perché la trasformazione continua ad avvenire ma contemporaneamente, e con la stessa velocità, avviene anche la reazione inversa. La dissoluzione comporta il rilascio degli ioni intrappolati dentro il reticolo cristallino, così che tutto il processo può essere descritto da una reazione del genere:

NaCl ⇌ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

Quando però in soluzione immergiamo un sale poco solubile, abbiamo a che fare con un equilibrio tra la sua parte disciolta e quella che invece non si scioglie, dove la prima è rappresentata dagli ioni solvatati:

AB(s) ⇌ A⁺(aq) + B^-(aq)

Costante del prodotto di solubilità

Per questo equilibrio può essere scritta una costante, detta del prodotto di solubilità, che ha forma:

K = [A⁺][B^-]

A dire il vero, piuttosto che le concentrazioni andrebbero utilizzate le attività a degli ioni in soluzione, ma dato che le concentrazioni degli ioni sono molto piccole possiamo porle pari alla loro concentrazione. In soluzioni ioniche più concentrate questa approssimazione cade, poiché si hanno interazioni di tipo appunto ionico e interazioni dipolo-ione (con le molecole di solvente). Indipendentemente dalla particolare natura del sale, la sua concentrazione [AB(s)] può essere ritenuta costante (infatti la quantità di ioni che si dissociano è infinitesima rispetto alla concentrazione iniziale) e può essere quindi inglobata nella costante K, dando effettivamente la vera forma della costante del prodotto di solubilità.

y+ x- ⇌ K[AB(s)] = [A⁺][B^-] = Kps che per un generico composto binario A_xB_y ⇌ xA + yB^y+ x- y

Ha forma Kps = [A]^x[B]^y.

Relazione tra solubilità e Kps

È assolutamente fondamentale la relazione che esiste tra la solubilità (s, cioè la concentrazione della parte che passa in soluzione) e il Kps. S ha la dimensione di una molarità, e rappresenta il numero di moli di sale che si sciolgono in un litro di soluzione satura. Dalla dissociazione del cloruro di argento (sale poco solubile) si osserva che:

AgCl ⇌ Ag⁺ + Cl^-

Si ha che [AgCl(aq)] = S e che, il Kps, come visto prima, risulta essere uguale a

Il valore tabulato del Kps dell’argento cloruro è di 1.6 * 10^-10 a 25°C, quindi possiamo ricavare la solubilità. Calcolo dal quale viene ovviamente esclusa la radice negativa, in quanto non avrebbe senso. Ciò significa che, in soluzione, l’argento cloruro si dissocia soltanto per poco più di una parte su 100.000. Il Kps ha forma differente per ogni tipo di sale, a seconda della stechiometria della sua dissociazione. Il fluoruro di calcio CaF₂ ha Kps = 4.0 *10^-11 e, indicando con s la concentrazione di [Ca]²⁺, si ha che:

4

Il discorso è lo stesso per Al(OH)₃. Scrivendo la dissociazione, la dimensione del Kps risulterà essere Kps = 27s⁴, dal quale bisognerà ricavare s come radice quarta di Kps/27.

Significato del Kps

Ma qual è il significato del Kps? “Costante del prodotto di solubilità”. A temperatura costante, le concentrazioni ioniche devono soddisfare al prodotto ionico. [A]*[B] deve essere sempre uguale al Kps. Se il prodotto risulta inferiore, il sale si scioglierà, in modo da dare le quantità previste. Se tale prodotto risulta invece superiore al Kps, si avrà precipitazione di sale che si andrà ad aggiungere al corpo di fondo.