Equilibrios heterogéneos. Química 2º Bachillerato

1. Equilibrios heterogéneosEquilibrios heterogéneos
Unidad 2. Segunda parteUnidad 2. Segunda parte

2. 2
Conceptos básicosConceptos básicos
vdisoluc = vcristaliz ⇒ Equilibrio
Disolución saturada: Aquélla que contiene la máxima cantidad
de soluto que puede disolverse en una determinada cantidad de
disolvente a una temperatura dada.

3. 3Solubilidad de un soluto en un disolvente dado: Cantidad de
soluto necesaria para formar una disolución saturada en una
cantidad dada de disolvente.
⇓
Máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una
cantidad fija de disolvente.
[p.ej. NaCl en agua a 0ºC ⇒ s = 35.7 g por 100 mL agua]
Si disolvemos menos cantidad
⇓
disolución no saturada
s
gramos soluto / 100 mL disolvente
gramos soluto / L disolución
moles soluto / L disolución (Molar)
Sólidos
iónicos
cristalinos
• Solubles (s ≥ 2⋅10-2
M)
• Ligeramente solubles (10-5
M < s < 2⋅10-2
M)
• Insolubles (s ≤ 10-5
M)

4. 4EquilibriosEquilibrios
heterogéneosheterogéneos
 Se habla de reacción homogénea cuandoSe habla de reacción homogénea cuando
tanto reactivos como productos setanto reactivos como productos se
encuentran en el mismo estado físico. Enencuentran en el mismo estado físico. En
cambio, si entre las sustancias quecambio, si entre las sustancias que
intervienen en la reacción se distinguenintervienen en la reacción se distinguen
varias fases o estados físicos, hablaremosvarias fases o estados físicos, hablaremos
de reacciones heterogéneas.de reacciones heterogéneas.
 Por ejemplo, la reacción:Por ejemplo, la reacción:
CaCOCaCO33(s)(s)  CaOCaO(s)(s) + CO+ CO22(g)(g) se trata de unse trata de un
equilibrio heterogéneo.equilibrio heterogéneo.
 Aplicando la ley de acción de masas seAplicando la ley de acción de masas se
cumplirá que:cumplirá que:
2
3
[ ] [ ]
(constante)
[ ]
CaO CO
K
CaCO
×
=

5. 5
Eq. heterogéneos (cont).Eq. heterogéneos (cont).
 Sin embargo, las concentraciones (Sin embargo, las concentraciones (moles/Vmoles/V) de) de
ambas sustancias sólidas (CaCOambas sustancias sólidas (CaCO33 y CaO) sony CaO) son
constantes, al igual que las densidades deconstantes, al igual que las densidades de
sustancias puras (sustancias puras (masa/Vmasa/V) son también) son también
constantes.constantes.
 Por ello, agrupando las constantes en una solaPor ello, agrupando las constantes en una sola
a la que llamaremosa la que llamaremos KKCC se tiene:se tiene: KKCC = [= [COCO22]]
 Análogamente:Análogamente: KKPP == pp((COCO22))
 ¡ATENCIÓN!:¡ATENCIÓN!: En la expresión deEn la expresión de KKCC de la ley dede la ley de
acción de masas sólo aparecen lasacción de masas sólo aparecen las
concentraciones de gases y sustancias enconcentraciones de gases y sustancias en
disolución, mientras que en la expresión dedisolución, mientras que en la expresión de KKPP
únicamente aparecen las presiones parcialesúnicamente aparecen las presiones parciales
de las sustancias gaseosas.de las sustancias gaseosas.

6. 6
4
3
2,3 10
( ) (0,082 298)
P
C n
K
K
RT
−
×
= = =
×
Ejemplo:Ejemplo: En un recipiente se introduce ciertaEn un recipiente se introduce cierta
cantidad de carbamato amónico, NHcantidad de carbamato amónico, NH 44 COCO22 NHNH22
sólido que se disocia en amoniaco y dióxido desólido que se disocia en amoniaco y dióxido de
carbono cuando se evapora a 25ºC. Sabiendocarbono cuando se evapora a 25ºC. Sabiendo
que la constante Kque la constante KPP para el equilibriopara el equilibrio
NHNH44 COCO22 NHNH22 (s)(s)  22 NHNH33 (g) + CO(g) + CO22 (g) y a esa(g) y a esa
temperatura vale 2,3·10temperatura vale 2,3·10-4-4
, calcula K, calcula KCC y lasy las
presiones parciales en el equilibrio.presiones parciales en el equilibrio.
 Equilibrio:Equilibrio: NHNH44COCO22NHNH22(s)(s)  2 NH2 NH33(g)(g) + CO+ CO22(g)(g)
n(mol) equiln(mol) equil.. n –n – xx 22xx xx
 LuegoLuego pp(NH(NH33) = 2) = 2 pp(CO(CO22) ya que la presión parcial es) ya que la presión parcial es
directamente proporcional al nº de moles.directamente proporcional al nº de moles.
 KKPP = 2,3x10= 2,3x10-4-4
== pp(NH(NH33))22
xx pp(CO(CO22) = 4) = 4pp(CO(CO22))33
 Despejando se obtiene que:Despejando se obtiene que:
pp(CO(CO22) = 0,039) = 0,039 atmatm ⇒⇒:: pp(NH(NH33) = 0,078) = 0,078 atmatm..
1,57 x 10−8

7. 7Reacciones deReacciones de
precipitaciónprecipitación
 Son reacciones de equilibrio heterogéneoSon reacciones de equilibrio heterogéneo
sólido-líquido.sólido-líquido.
 La fase sólida contiene una sustancia pocoLa fase sólida contiene una sustancia poco
soluble (normalmente una sal)soluble (normalmente una sal)
 La fase líquida contiene los ionesLa fase líquida contiene los iones
producidos en la disociación de laproducidos en la disociación de la
sustancia sólida.sustancia sólida.
 Normalmente el disolvente suele ser agua.Normalmente el disolvente suele ser agua.

8. 8
SolubilidadSolubilidad
 Es la máxima concentración molar de solutoEs la máxima concentración molar de soluto
en un determinado disolvente, es decir, laen un determinado disolvente, es decir, la
molaridad de la disolución saturada de dichomolaridad de la disolución saturada de dicho
soluto.soluto.
 Depende de:Depende de:
 La temperatura.La temperatura. Normalmente es mayor a mayorNormalmente es mayor a mayor
temperatura debido a la mayor energía del cristal paratemperatura debido a la mayor energía del cristal para
romper uniones entre iones.romper uniones entre iones.
 Energía reticularEnergía reticular. Si la energía de solvatación es mayor. Si la energía de solvatación es mayor
que la reticular U se favorece la disolución. A mayorque la reticular U se favorece la disolución. A mayor
carácter covalente mayor U y por tanto menorcarácter covalente mayor U y por tanto menor
solubilidad.solubilidad.
 La entropíaLa entropía. Al diluirse una sal se produce un sistema. Al diluirse una sal se produce un sistema
más desordenado por lo que aunque energéticamentemás desordenado por lo que aunque energéticamente
no esté favorecida la disolución ésta puede llegar ano esté favorecida la disolución ésta puede llegar a
producirse.producirse.

9. 9
Producto de solubilidad (KProducto de solubilidad (KSS
o Po PSS ) en electrolitos de tipo) en electrolitos de tipo
ABAB
 En un electrolito deEn un electrolito de tipo ABtipo AB el equilibrio deel equilibrio de
solubilidad viene determinado por:solubilidad viene determinado por:
ABAB(s)(s)  AA++
(ac)(ac) + B+ B−−
(ac)(ac)
Conc. inic. (mol/l): cConc. inic. (mol/l): c 00 00
Conc. eq. (mol/l): cConc. eq. (mol/l): c ss ss
La concentración del sólido permanece constante.La concentración del sólido permanece constante.
Y la constante de equilibrio tiene la expresión:Y la constante de equilibrio tiene la expresión:
Ejemplo: AgClEjemplo: AgCl(s)(s)  AgAg++
(ac)(ac) + Cl+ Cl −−
(ac)(ac)
KKSS == [Ag[Ag++
] x [Cl] x [Cl−−
] =] = ss22
““s”s” es la solubilidad de la sal.es la solubilidad de la sal.
2
SK s s s= × = Ss K=⇒

10. 10Determinación de laDeterminación de la
formación o no deformación o no de
precipitadoprecipitado
¿CómoCómo saber si se formará precipitado?saber si se formará precipitado?
Mezclamos dos disoluciones que contienen dos iones queMezclamos dos disoluciones que contienen dos iones que
pueden formar una sal insoluble.pueden formar una sal insoluble.
Q = KQ = KPSPS ⇒⇒ Equilibrio : disolución saturadaEquilibrio : disolución saturada
Q > KQ > KPSPS ⇒⇒ Se desplaza hacia la izquierda : precipitaSe desplaza hacia la izquierda : precipita
Q < KQ < KPSPS ⇒⇒ No precipita : disolución no saturada.No precipita : disolución no saturada.

11. 11Ejemplo:Ejemplo: Deduce si se formará precipitadoDeduce si se formará precipitado
de cloruro de plata cuyo Kde cloruro de plata cuyo KSS = 1,7= 1,7 xx 1010-10-10
aa
25ºC al añadir, a 250 mL de cloruro de sodio25ºC al añadir, a 250 mL de cloruro de sodio
0,02 M, 50 mL0,02 M, 50 mL de nitrato de plata 0,5 M.de nitrato de plata 0,5 M.
 AgClAgCl(s)(s)  AgAg++
(ac)(ac) + Cl+ Cl−−
(ac)(ac)
 KKSS == [Ag[Ag++
]] xx [Cl[Cl−−
] =] = ss22

 Igualmente:Igualmente:

 ComoComo entoncesentonces precipitaráprecipitará..
0,005
[ ] 0,0167
0,25 0,05
mol
Cl M
L L
−
= =
+
0,025
[ ] 0,0833
0,25 0,05
mol
Ag M
L L
+
= =
+
( ) 0,25 0,02 0,005
mol
n Cl L mol
L
−
= × =
( ) 0,05 0,5 0,025
mol
n Ag L mol
L
+
= × =
3 2
[ ] [ ] 0,0167 0,0833 1,39 10Ag Cl M M M+ − −
× = × = ×
[ ] [ ] SAg Cl K+ −
× >

12. 12
Producto deProducto de
solubilidad en otrosolubilidad en otro
tipo de electrolitotipo de electrolito
 Tipo ATipo A22BB: A: A22BB (s)(s)  2 A2 A++
(ac)(ac) + B+ B22−−
(ac)(ac)
Conc. inic. (mol/l): cConc. inic. (mol/l): c 00 00
Conc. eq. (mol/l): cConc. eq. (mol/l): c 22ss ss
Y la constante de equilibrio tiene la expresión:Y la constante de equilibrio tiene la expresión:
 Las misma expresión será para electrolitos tipoLas misma expresión será para electrolitos tipo ABAB2.2.
 Tipo ATipo AaaBBbb: A: AaaBBbb (s)(s)  a Aa Ab+b+
(ac)(ac) + b B+ b Baa−−
(ac)(ac)
Conc. inic. (mol/l): cConc. inic. (mol/l): c 00 00
Conc. eq. (mol/l): cConc. eq. (mol/l): c aass bbss
2 3
(2 ) 4= × =SK s s s
( ) ( ) +
= × =a b a b a b
SK as bs a b s += Sa b
a b
K
s
a b
⇒
3
4
= SK
s⇒

13. 13
Factores que afectan a laFactores que afectan a la
solubilidadsolubilidad
 Además de laAdemás de la temperaturatemperatura, existen otros, existen otros
factores que influyen en la solubilidad porfactores que influyen en la solubilidad por
afectar a la concentración de uno de losafectar a la concentración de uno de los
iones de un electrolito poco soluble.iones de un electrolito poco soluble.
 Estos son:Estos son:
 Efecto ion común.Efecto ion común.
 pH.pH.
 Formación de un ácido débil.Formación de un ácido débil.
 Formación de una base débil.Formación de una base débil.
 Formación de complejos estables.Formación de complejos estables.
 Reacciones redox.Reacciones redox.

14. 14
Efecto ion común.Efecto ion común.
 Si a una disolución saturada de unSi a una disolución saturada de un
electrolito poco soluble añadimos otraelectrolito poco soluble añadimos otra
sustancia que aporta uno de los iones, lasustancia que aporta uno de los iones, la
concentración de éste aumentará.concentración de éste aumentará.
 Lógicamente, la concentración del otro ionLógicamente, la concentración del otro ion
deberá disminuir para que el producto dedeberá disminuir para que el producto de
las concentraciones de ambos permanezcalas concentraciones de ambos permanezca
constante.constante.
 Como el equilibrio se desplaza a laComo el equilibrio se desplaza a la
izquierda, la solubilidad, que mide laizquierda, la solubilidad, que mide la
máxima concentración de soluto disuelto,máxima concentración de soluto disuelto,
disminuirá.disminuirá.

15. 15Ejemplo:Ejemplo: ¿Cuál será la solubilidad del¿Cuál será la solubilidad del
cloruro de plata si añadimos nitrato de plata,cloruro de plata si añadimos nitrato de plata,
sal soluble, hasta una concentración finalsal soluble, hasta una concentración final
0,002 M?0,002 M?
 AgClAgCl(s)(s)  AgAg++
(ac)(ac) + Cl+ Cl −−
(ac)(ac)
 Al añadir el AgNOAl añadir el AgNO33, la [Ag, la [Ag++
] aumenta hasta 2 x10] aumenta hasta 2 x10−−33
M,M,
pues se puede despreciar la concentración que habíapues se puede despreciar la concentración que había
antes, ya que kantes, ya que kss es muy baja.es muy baja.
 En consecuencia, el equilibrio se desplaza a laEn consecuencia, el equilibrio se desplaza a la
izquierda y la [Clizquierda y la [Cl−−
], es decir, la nueva solubilidad, debe], es decir, la nueva solubilidad, debe
disminuir.disminuir.
10 5
[ ] [ ] 1,7 10 1,3 10Ss Ag Cl K M+ − − −
= = = = × = ×
10
3
1,7 10
[ ]
[ ] 2 10
SK
s Cl
Ag
−
−
+ −
×
= = = =
×
10 2
1,7 10 [ ] [ ]SK Ag Cl s− + −
= × = × =
−8
8,5 ×10 M

16. 16
Ejercicio:Ejercicio: En equilibrio de disolución de bromuro deEn equilibrio de disolución de bromuro de
plataplata cuyacuya KKss=5,2=5,2 xx 1010−−1313
¿cuál será la nueva solubilidad¿cuál será la nueva solubilidad
si a ½si a ½ litrolitro de disolución saturada de AgBr se añadende disolución saturada de AgBr se añaden
0,20,2 mlml de una disolución 0,001de una disolución 0,001 MM de bromuro dede bromuro de
potasio?potasio?
 Equilibrio:Equilibrio: AgBrAgBr (s)(s)  AgAg++
(ac)(ac) + Br+ Br−−
(ac)(ac)
 Conc. eq. (Conc. eq. (mol/lmol/l): c): c ss ss


 n(Brn(Br−−
))00 = 0,5 L= 0,5 L xx7,27,2xx1010−−77
mol/L = 3,6mol/L = 3,6xx1010−−77
molmol
n(Brn(Br−−
))añadañad = 0,0002 L= 0,0002 L xx 0,001 mol/L = 20,001 mol/L = 2xx1010−−77
molmol
 Conc. inic. (mol/l): cConc. inic. (mol/l): c 7,27,2xx1010−−77
1,121,12xx1010−−66
Conc. eq. (mol/l): c 7,2Conc. eq. (mol/l): c 7,2xx1010−−77
−−xx 1,121,12xx1010−−66
−−xx
KKSS == 5,25,2 xx 1010−−1313
== (7,2(7,2xx1010−−77
−−xx)·(1,12)·(1,12xx1010−−66
−−xx))
 De donde:De donde: xx = 3,2= 3,2 xx 1010−−77
 ss’’ == (7,2(7,2 xx 1010−−77
−−3,23,2 xx 1010−−77
))MM ==
13 7
[ ] [ ] 5,2 10 7,2 10Ss Ag Br K M+ − − −
= = = = × = ×
7−
4,0×10 M
13 2
5,2 10 [ ] [ ]SK Ag Br s− + −
= × = × =

17. 17
Influencia del pH porInfluencia del pH por
formación de un ácidoformación de un ácido
débildébil Equilibrio solubil.Equilibrio solubil.: AB: AB(s)(s)  AA−−
(ac)(ac) + B+ B++
(ac)(ac)
 Equilibrio acidezEquilibrio acidez: HA: HA(ac)(ac)  AA−−
(ac)(ac) + H+ H++
(ac)(ac)
 Si el anión ASi el anión A−−
en que se disocia un electrolitoen que se disocia un electrolito
poco soluble forma un ácido débil HA, al aumen-poco soluble forma un ácido débil HA, al aumen-
tar la acidez o [Htar la acidez o [H++
]] el equilibrio de disociación delel equilibrio de disociación del
ácido se desplazará hacia la izquierda.ácido se desplazará hacia la izquierda.
 En consecuencia, disminuirá [AEn consecuencia, disminuirá [A−−
], con lo que se], con lo que se
solubilizará más electrolito AB.solubilizará más electrolito AB.
 Ejemplo:Ejemplo: al añadir un ácido fuerte sobre el ZnCOal añadir un ácido fuerte sobre el ZnCO33,,
se formará Hse formará H22COCO33, ácido débil, y al disminuir, ácido débil, y al disminuir
[CO[CO33
22−−
], se disolverá más ZnCO], se disolverá más ZnCO3,3, pudiéndosepudiéndose
llegar a disolver por completo.llegar a disolver por completo.

18. 18
Cambio en la solubilidadCambio en la solubilidad
por formación de unapor formación de una
base débilbase débil Suele producirse a partir de sales solubles queSuele producirse a partir de sales solubles que
contienen el catión NHcontienen el catión NH44
++
..
 NHNH44ClCl(s)(s)  ClCl−−
(ac)(ac) + NH+ NH44
++
(ac)(ac)
 Equil baseEquil base: NH: NH44OHOH (ac)(ac)  NHNH44
++
(ac)(ac) + OH+ OH−−
(ac)(ac)
 Los NHLos NH44
++
reaccionan con los OHreaccionan con los OH−−
formándoseformándose
NHNH44OH al desplazar el equilibrio de la base hacia laOH al desplazar el equilibrio de la base hacia la
izquierda.izquierda.
 Es el método usual de disolver hidróxidos pocoEs el método usual de disolver hidróxidos poco
solubles tales como el Mg(OH)solubles tales como el Mg(OH)22..
 Equil. Solub.Equil. Solub.: Mg(OH): Mg(OH)22(s)(s)  MgMg2+2+
(ac)(ac) + 2 OH+ 2 OH−−
(ac)(ac)
 En consecuencia, disminuirá [OHEn consecuencia, disminuirá [OH−−
], con lo que se], con lo que se

19. 19
Formación de unFormación de un
complejo establecomplejo estable
 Un ion complejo es un ion formado por más de unUn ion complejo es un ion formado por más de un
átomo o grupo de átomos.átomo o grupo de átomos.
 Ejemplos:Ejemplos: [Al(OH)[Al(OH)44]]−−
, [Zn(CN), [Zn(CN)44]]22−−
, [AlF, [AlF66]]33−−
, [Ag(NH, [Ag(NH33))22]]++
..
 De esta manera, se pueden disolver precipitados. PorDe esta manera, se pueden disolver precipitados. Por
ejemplo, si se añade cianuro de sodio a electrolitosejemplo, si se añade cianuro de sodio a electrolitos
insolubles de cinc, como el Zn(OH)insolubles de cinc, como el Zn(OH)22, formándose el, formándose el
complejo [Zn(CN)complejo [Zn(CN)44]]22 −−
, que es muy estable., que es muy estable.
 Así, disminuirá drásticamente la concentración deAsí, disminuirá drásticamente la concentración de
ZnZn2+2+
, con lo que se disolverá más Zn(OH), con lo que se disolverá más Zn(OH)22..
 Igualmente, pueden disolverse precipitados de AgClIgualmente, pueden disolverse precipitados de AgCl
añadiendo amoniaco.añadiendo amoniaco.

20. 20
Oxidación o reducciónOxidación o reducción
de ionesde iones
 Si alguno de los iones que intervienen en unSi alguno de los iones que intervienen en un
equilibrio de solubilidad se oxida o se reduceequilibrio de solubilidad se oxida o se reduce
como consecuencia de añadir un oxidante ocomo consecuencia de añadir un oxidante o
reductor, la concentración de este ion disminuirá.reductor, la concentración de este ion disminuirá.
 En consecuencia, el equilibrio del electrolitoEn consecuencia, el equilibrio del electrolito
insoluble se desplazará hacia al derecha,insoluble se desplazará hacia al derecha,
disolviéndose en mayor cantidad.disolviéndose en mayor cantidad.
 Ejemplo:Ejemplo: El CuS se disuelve fácilmente en ácidoEl CuS se disuelve fácilmente en ácido
nítrico, ya que éste es oxidante y oxida el Snítrico, ya que éste es oxidante y oxida el S22−−
a Sa S00
..
3 CuS + 2 NO3 CuS + 2 NO33
−−
+ 8 H+ 8 H++

3 S3 S00
+ 3 Cu+ 3 Cu2+2+
+ 2 NO + 4 H+ 2 NO + 4 H22OO