Solubilità

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pH Acido

2010-03-17 20:26

Usando la funzione “cerca” ho provato a vedere di trovare un esercizio simile, ma dato che non ho trovato nulla, ho pensato di aprire una discussione.

L’esercizio riguarda la solubilità e gli equilibri simultanei che possono instaurarsi in soluzioni acquose.

C’è una miscela costituita da 30ml di cloruro di ammonio 0,151M (Kb = 1.85*10^-5) e da 30ml di idrossido di potassio 0,172M. Quanti mg di Ni(OH)₂ si possono solubilizzare nella suddetta miscela, sapendo che Kps = 8,7*10^-19 ? [Soluzione: 4,4*10^-11 mg]

Il procedimento che ho usato (sbagliato) è stato il seguente:

Per calcolare la solubilità del Ni(OH)₂ in acqua, non ci sono grosse difficoltà:

Ni(OH)₂ -> Ni²⁺ + 2OH⁻

Kps = [Ni²⁺]*[ OH⁻]² Kps = S*(2S) ² = 4S³ 8,7*10^-19 = 4S³ S = 6,014*10^-7

Ma siccome la solubilità di Ni(OH) ₂ bisogna calcolarla, anziché solo in acqua, nella suddetta miscela e siccome Ni(OH) ₂ è un particolare anfotero che può essere solubilizzato anche in ambiente basico (poiché Kps < 10^-12), allora ho pensato che, nel calcolo della solubilità, bisogna tenere in considerazione il fatto che, quando Ni(OH) ₂ entra nella miscela, risente dell’influenza di [OH⁻] della miscela(la quale possiede un pH nettamente basico), instaurando la seguente reazione di complessamento:

Ni(OH) ₂ + OH⁻ -> [Ni(OH)₃] ⁻

Così il prodotto di solubilità di Ni(OH)₂ diventa:

Kps = [Ni²⁺]*[ OH⁻]² = S*(2S) ² S = [Ni²⁺] ; 2S = [ OH⁻] + [Ni(OH)₃] ⁻

Resta dunque da esprimere [Ni(OH)₃] ⁻ in funzione di [ OH⁻], ma come fare?

Ho pensato che, se Kstabilità = [Ni(OH)₃] ⁻ / [ OH⁻] allora [Ni(OH)₃] ⁻ = [ OH⁻]* Kstabilità uguaglianza, quest’ultima, da inserire in 2S = [ OH⁻] + [Ni(OH)₃] ⁻ in modo da avere 2S = [ OH⁻] + [ OH⁻]* Kstabilità per poi scrivere, dopo aver raccolto [ OH⁻] e aver espresso il tutto in funzione della S: [ OH⁻] = 2S/(1 + Kst)

Così facendo, il prodotto si solubilità risulta:

Kps = S*(2S/(1+Kst)) ²

Una volta trovato S, risulta che:

S = [Ni²⁺] = N.mol di Ni²⁺ = N.mol di Ni(OH)₂ (secondo la stechiometria della reazione di partenza: Ni(OH)₂ -> Ni²⁺ + 2OH⁻)

Noto il numero di moli di Ni(OH)₂ solubilizzato, calcolarne i mg è abbastanza semplice.

Quello che mi chiedo è:

E’ giusto procedere in questa maniera oppure ho fatto un casino? Siccome i dati del problema non forniscono il valore di Kstabilità della reazione di complessamento, come mi calcolo tale costante (ammesso che sia necessario avercela)? Se vi sembra che abbia delle lacune, cosa dovrei andare a rivedere meglio secondo voi?

Vi ringrazio in anticipo

Drako

2010-03-18 20:34

Io penso che se l'esercizio prevede il complessamento di Ni(OH)2, allora avrebbe fornito anche le costanti con cui si forma il complesso... Secondo me prima devi calcolare il pH della soluzione, prima di calcolare quanto sale si scioglie. Quindi:

Sono 60 ml di miscela, con dentro una base forte e un sale acido. Conoscendo la Kb della base debole (NH3) e dopo aver calcolato la concentrazione di ioni OH- da parte di KOH, allora...

Se KOH è 0,172 M in 30 ml, in 60 ml sarà la metà, quindi 0,086 M;

Kb = ([NH4+] x [OH-])/[NH3], noi inizialmente abbiamo una conc. di NH4+, e una di OH-, dobbiamo vedere come cambiano le cose all'equilibrio: [OH-](i) = [OH-](f) + x; [NH4+](i) = [NH4+](f) - x

x = [NH3]

Quindi: (([NH4+](i) - x) * ([OH-](i) - x))/x = Kb

Risolvendo: [NH4+](i) [OH-](i)

[NH4+](i)*[OH-](i) - x*([OH-](i) + [NH4+](i) + Kb) + x^2 = 0

Ovvero: x = 0,075 M (qui, nella risoluzione della x vengono due valori, il famoso + o - radice, se faccio + viene un valore impossibile, quindi devo fare -, ma non dovrebbe accadere... boh!)

Quindi all'equilibrio abbiamo [OH-] = 0,086 - 0,075 = 0,011 M

Se aggiungiamo questo valore alla Kps del Ni(OH)2, viene che "s" = 7,19 x 10^-15 M

In mg come nella soluzione è: 6,8 x 10^-10 mg, non è molto distante... principalmente è dovuto alle varie semplificazioni che ho fatto, ma se rifai i passaggi senza semplificare, dovrebbe venire come in soluzione...

pH Acido

2010-03-18 21:33

Sono contentissimo e ti ringrazio,

Ho riguardato l’esercizio come l’hai svolto te e quindi da un altro punto di vista.

Tra l’altro è, come spesso accade, molto più semplice di come me lo ero immaginato.

Il tuo procedimento è giusto, solo che mi sembra ci sia un errore (un errore da niente alla fine):

Hai trovato che S = 7,2*10^15 = [Ni²⁺] = [Ni(OH)₂ ]

Quindi: N’di moli di Ni(OH)₂ = [Ni(OH)₂ ]*Vtot (Vtot = volume totale della soluzione = 60ml = 0,06L)

Svolgendo i calcoli: N’di moli di Ni(OH)₂ = 4,32*10^-16mol

Infine: mg di Ni(OH)₂ = (4,32*10^-16)(MM di Ni(OH)₂)(1000) = 4*10^-11

Il risultato è numericamente molto vicino a quello della soluzione del problema (4,4*10^-11)

Cosa ne dici? È da considerarsi giusto? Penso di sì…

Drako

2010-03-18 22:21

A cavoli.... Lo so cosa stai pensando! Ebbene si! Tal errore era voluto al fine che tu te ne accorgessi!!! Non ci credi? Va bene lo ammetto, una svista... all'esame un'errore da niente può costare da 1 a 4 punti circa... la differenza tra 30 e 26, ne so qualcosa al riguardo...

Chimico

2010-03-19 01:24

a me un errore mi è costato 10 punti! solo distrazione...dovevo calcolare il potenziale in un punto ed ho calcolato invece il campo elettrico! era una cosa banalissima! eppure...

20 invece di 30...poi ho fatto l'orale e sn salito a 25....che rabbia!! scusate l'OT

pH Acido

2010-03-19 08:26

Eh già! Un errore di distrazione ti può fregare alla grande...

Ci sono docenti che per una monata simile ti "tagliano" via tutto l'esercizio, che magari valeva 10pt e passi da 27 a 17 azz! da suicidio!

(ed ecco che si rimpiangono i tanto odiati anni delle superiori:-D)

Grazie di nuovo Drako!

Beefcotto87

2010-03-19 10:03

A me invece sono stati regalati 3 punti XD la prof non sapeva nemmeno perchè mi avesse conteggiato alcuni errori XD

Drako

2010-03-19 17:53

Chimico ha scritto:

a me un errore mi è costato 10 punti! solo distrazione...dovevo calcolare il potenziale in un punto ed ho calcolato invece il campo elettrico! era una cosa banalissima! eppure...

20 invece di 30...poi ho fatto l'orale e sn salito a 25....che rabbia!! scusate l'OT

Perchè non lo rifiutasti?

pH Acido

2010-03-20 12:36

Ho trovato una tipologia di esercizio sulla solubilità simile al primo, però un po’ più semplice.

Al fine di arricchire la discussione e magari dare lo spunto a qualcuno per la risoluzione, ho pensato di aggiugerlo.

Problema

Calcolare quanti mg di idrossido di ferro(II) (Kps = 1,6*10^-14) si solubilizzano in 300ml di una soluzione tampone a pH = 8,5

Soluzione

Fe(OH)₂ -> Fe²⁺ + 2OH⁻

Kps = [Fe²⁺][ OH⁻]²

[Fe²⁺] = S [ OH⁻] = Kw/[H₃O⁺]

Kps = S*( Kw/[H₃O⁺])² da cui, ricavando S, S = Kps*([H₃O⁺]/ Kw) ²

Prima di passare al calcolo finale, si ricava dal pH della soluzione tampone la concentrazione di H₃O⁺ :

pH = 8,5 [H₃O⁺] = 10^-8,5

S = (1,6*10^-14)( 10^-8,5/10^-14) ² = 1,6*10^-3

S = [Fe²⁺] = [Fe(OH)₂] (in base alla stechiometria della reazione e al fatto che il volume è lo stesso)

N’mol di Fe(OH)₂ = [Fe(OH)₂]*V = 1,6*10^-3*o,3 L = 4,8*10^-4 mol MM di Fe(OH)₂ = 89,87

Infine, mg di Fe(OH)₂ = 4,8*10^-4*89,87*1000 = 43,13mg

P.S. Se qualcuno ha voglia e tempo per inserire altre tipologie sul tema della solubilità, anche più difficili, la discussione diventerebbe ancora più interessante.

Drako

2010-03-20 14:17

Va tranquillo che tanto il 90% di quelli che postano esercizzi, non perde tempo a cercare quelli simili...

pH Acido

2010-03-20 14:45

Va tranquillo che tanto il 90% di quelli che postano esercizzi, non perde tempo a cercare quelli simili...

Anche questo è vero :-D

pH Acido

2010-04-11 12:52

I due esercizi precedentemente esposti sono tra loro simili, ma una volta risolti portano a due risultati fondamentalmente diversi.

In entrambi gli esercizi la solubilità risente dell’effetto dello ione comune (OH⁻) perché gli idrossidi si trovano in ambiente basico.

Se si confrontano i valori della solubilità dei due esercizi, con i valori che la solubilità assumerebbe in acqua pura, si nota che:

Nel primo problema, la solubilità dell’idrossido di nichel (II) in acqua sarebbe maggiore che non nella soluzione basica.

Quindi, per effetto dello ione comune la solubilità viene repressa.

Nel secondo problema, la solubilità dell’idrossido di ferro (II) in acqua sarebbe minore che non nella soluzione basica.

Quindi, per effetto dello ione comune la solubilità aumenta.

Questo comportamento ambiguo rappresenta un’eccezione dell’effetto dello ione comune, dato dal fatto che alcuni idrossidi anfoteri si solubilizzano meglio in ambiente acido (come nel primo esercizio, infatti in ambiente basico la solubilità diminuisce), mentre altri si solubilizzano meglio in ambiente basico (come nel secondo esercizio)


Si riscontra un altro tipo di comportamento quando si trattano i solfuri.

Per esempio, il solfuro di zinco reagisce secondo l’equilibrio di solubilità:

ZnS(s) ↔ Zn²⁺(aq) + S²⁻(aq)

Il solfuro, non appena si libera in acqua, essendo una base forte, dà luogo all’equilibrio simultaneo:

S²⁻(aq) + H₂O(l) ↔ HS⁻(aq) + OH⁻(aq)

Come somma o equilibrio complessivo si ha che:

ZnS(s) + H₂O(l) ↔ Zn²⁺(aq) + HS⁻(aq) + OH⁻ (aq)

Kps = [Zn²⁺][ HS⁻][ OH⁻]

In ambiente acido accade che:

1)OH⁻ viene neutralizzato da H₃O⁺

2)HS⁻ reagisce secondo l’equilibrio: HS⁻(aq) + H₃O⁺(aq) ↔ H₂S(aq) + H₂O(l)

E ne deriva che la solubilità dei solfuri aumenta al diminuire del pH.

In un esercizio dove viene richiesto di trovare la solubilità di ZnS (Kps = 4,5*10^-24), sapendo che per H₂S Ka₁ = 9,1*10^-8 e Ka₂ = 1,2*10^-15, nei due casi in cui si abbia pH = 4 e pH = 2, si nota infatti come:

Per pH = 4 la solubilità sia di 2*10^-5

Per pH = 2 la solubilità sia di 2*10^-3

Beefcotto87

2010-04-11 14:15

Il punto non è il risultato dell'esercio, caro pH, ma la modalità: sia che la solubilità aumenti o diminuisca, rimmarrà sempre un esercizio sulla variazione di solubilità :-)

pH Acido

2010-04-12 06:47

Il punto non è il risultato dell'esercio, caro pH, ma la modalità: sia che la solubilità aumenti o diminuisca, rimmarrà sempre un esercizio sulla variazione di solubilità

Capisco.

Quindi, è opportuno che cancelli o modifichi qualcosa nella discussione?

Il mio obbiettivo era quello di inserire esercizi diversi che evidenziassero le differenze di risultati, pur sempre nell'ambito della variazione di solubilità dovuta all'effetto dello ione comune.

Forse ho presentato male l'argomento oppure ho commesso degli errori concettuali.

Poi, quando ho un pò di tempo, mi piacerebbe ampliare la discussione inserendo esercizi dove la solubilità viene modificata in seguito ad altri fattori (come la temperatura).

Beefcotto87

2010-04-12 08:35

Naaaa, è una cosa molto più semplice :-) Si apre un thread per ogni ARGOMENTO, ad esempio solubilità, pH, ecc... dentro al quale invece vi si scrivono le varie eventualità... Magari chiuso al pubblico, altrimenti si rischia di dover cercare la risposta fra mille "ah, bello!" o "ma come si calcola questo?"