Producto de Solubilidad

Experimento de Laboratorio. Pipeta. Agua destilada. Vasos de precipitados. Bureta. Pinza Fischer. Resina. Hidróxido de Sodio. Yeso. Erlenmeyer. Procedimiento. Cálculos. Formulación. Iones. Coeficiente de Actividad Iónico Medio. Moles

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EXPERIMENTO 9

PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

OBJETIVOS

Determinar el producto de solubilidad del CaSO4 mediante una resina de intercambio catiónico.

MATERIAL

Una pipeta aforada de 5ml, 2 vasos de precipitados de 50 ml, columna con resina, papel indicador, 3 erlenmeyers, 2 vasos de precipitados de 250 ml, una bureta, un soporte, una pinza Fischer, HCl 35%, H2O destilada, NaOH 0,25M, CaSO4 saturado, hidrogenoftalato de potasio 0,1M, fenoftaleïna.

PROCEDIMIENTO

Preparación del HCl 1M:

'Producto de Solubilidad'

Medimos 1,75 ml del HCl 11,4 M, que corresponde al HCl 35% que se encentra en el laboratorio, y en un vaso que contenga un poco de H2O destilada, añadimos el HCl medido. Enrasamos hasta 20 ml y ya tenemos la disolución preparada.

Preparación NaOH 0,01 M:

'Producto de Solubilidad'

Medimos 10 ml de NaOH 0,25M, que se encuentra en el laboratorio, y los añadimos a un vaso de precipitados que contenga un poco de H2O. Una vez añadido, enrasamos con H2O a 250 ml.

Estandarización del NaOH

Calculamos la cantidad aproximada de NaOH que gastaremos en estandarizar el NaOH con Hft, con la finalidad de escoger la bureta apropiada para valorar.

'Producto de Solubilidad'

Escogemos la bureta de 25 ml, ya que con la de 10 podemos quedarnos cortos, y cometer un error que nos llevaría a repetir la valoración.

En la bureta, ponemos el NaOH, y en el erlenmeyer a valorar, ponemos 1 ml de Hft y unas gotas de fenoftaleïna, que hará de indicador.

1ª valoración: 8 ml NaOH 0,01M

2ª valoración: 8 ml NaOH 0,01M

3ª valoración: 8 ml NaOH 0,01M

A partir de los volúmenes de NaOH gastados en la estandarización, calculamos su concentración exacta:

'Producto de Solubilidad'

Valoración de los H+

Una vez estandarizado el NaOH, podemos valorar los erlenmeyers que contienen los H+ intercambiados con la resina.

En la bureta ponemos NaOH 0,0125M, y debajo colocamos el erlenmeyer que contiene los H+, al que hemos añadido unas gotas de fenoftaleïna, y valoramos:

1ª valoración (erlenmeyer 1): 12,8 ml NaOH 0,0125 M

2ª valoración (erlenmeyer 2): 12,2 ml NaOH 0,0125 M

3ª valoración (erlenmeyer 3): 12,3 ml NaOH 0,0125 M

A partir de éstos volúmenes de NaOH gastados al valorar, podemos obtener los moles de H+, y sabiendo que [Ca2+] = ½ [H+] podemos determinar los moles de Ca2+ y su concentración.

CÁLCULOS

Erlenmeyer 1:

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

La reacción que tiene lugar es:

a Ca2+ · a SO42-

CaSO4 (s) Ca2+ + SO42- Ka =

a CaSO4

Como el CaSO4 es sólido, su actividad vale 1, por tanto:

Ka = a Ca2+ · a SO42-

Y a partir de aquí, deducimos que:

'Producto de Solubilidad'

donde γ± es el coeficiente de actividad iónico medio

mº es la molalidad del estado tipo

Kps es el producto de solubilidad

A bajas concentraciones m Ca2+ = M Ca2+.

Entonces obtenemos la ecuación:

'Producto de Solubilidad'

Siguiendo el mismo procedimiento, podemos obtener la siguiente tabla:

Erlenmeyer

ml NaOH

[H+]

[Ca2+]

Kps

1

12,8

0,032

0,016

5,56 · 10-5

2

12,2

0,0306

0,0153

2,39 · 10-5

3

12,3

0,0308

0,0154

2,43 · 10-5

Hacemos la media de los Kps obtenidos:

'Producto de Solubilidad'

Cálculo de errores:

Calculamos los errores para el Erlenmeyer 3:

VCa2+= 5 ml dVHft=0,006

VNaOH= 12,3 ml dV'NaOH=0,03

V'NaOH= 8 ml dVNaOH=0,03

VHFt=25 ml dVCa2+=0,01

nH+=0,0154 mols

CNaOH=0,86 M

Derivamos y sustituimos los valores.

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

'Producto de Solubilidad'

CONCLUSIONES

Al añadir HCl a la resina, lo que conseguimos es cargarla con H+, algunos de ellos los absorbe la resina, y el resto los eliminamos al añadir H2O. Al añadir CaSO4, como la resina tiene la propiedad de intercambiar iones, lo sucede es que la resina libera los H+ absorbidos y los intercambia por los iones Ca2+.

Al valorar los erlenmeyers, sabemos los moles de H+ liberados, y mediante la relación [Ca2+] = ½ [H+], obtenemos los moles de Ca2+ absorbidos por la resina, y por tanto, deducimos el producto de solubilidad del CaSO4.

Las resinas de intercambio iónico tienen la propiedad de intercambiar iones con la disolución con la que están en contacto, en este caso con la de Ca2+, ya que contiene grupo sulfónico, y en medio ácido es más estable enlazado con H+, pero en medio neutro (cuando lavamos con H2O) es más estable con los iones Ca2+, por eso libera los H+ y los intercambia por iones Ca2+.

! medio ácido (HCl)

'Producto de Solubilidad'

! medio neutro

El coeficiente de actividad iónico medio, nos da una idea de cómo de ideal es la disolución. Si es muy próximo a 1, la solución será muy ideal, si tiende a 0, la solución será poco ideal. En este caso es de 0,32 lo que nos indica que no es muy ideal.

El sentido hacia donde evoluciona la reacción también es importante, ya que si añadiéramos una sustancia que tuviera Ca2+, como por ejemplo CaCl2, estaríamos aumentando la cantidad de iones Ca2+, y por efecto salino, la solubilidad del CaSO4 disminuye, ya que la reacción evolucionaría en sentido inverso, formándose más CaSO4.