Química - Reacciones de precipitado y Producto de solubilidad

Una reacción de precipitación se caracteriza por la formación de un producto insoluble, o precepitado. Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la solución. Las reacciones de precipitado por lo general requieren compuestos iónicos.

Con el fin de poder predecir si se formará un precipitado cuando se mezclan dos soluciones o cuando se agrega un compuesto a una solución, es necesario conocer la SOLUBILIDAD: La máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad de disolvente a una temperatura específica. Los compuesto se dividen en tres grandes categorías:

- Solubles
- Ligeramente solubles
- Insolubles



Solubilidad de compuestos iónicos

1. Todos los compuestos de los metales alcalinos (IA) son solubles
2. Todos los compuestos de amonio son solubles
3. Todos los compuestos que contienen nitrato, clorato y perclorato son solubles
4. La mayoría de los Hidróxidos son insolubles, con excepción los hidróxidos de los metales alcalinos y el hidróxido de Bario. El hidróxido de Calcio es Ligeramente soluble
5. La mayoría de los compuestos que contienen cloruros, bromuros o yoduros son solubles, con excepción de los que contienen Ag, Hg2 y Pb.
6. Todos los compuestos que contienen carbonatos, fosfatos y sulfuros son insolubles, excepto la de los metales alcalinos y del ion amonio.
7. La mayoría de los sulfatos son solubles. El sulfato de calcio y el Sulfato de plata son ligeramente solubles. Los sulfatos de Bario, Mercurio III y de Plomo son insolubles.

Producto de Solubilidad (KPS)

Se le llama a la Constante del producto de Solubilidad, o simplemente producto de Solubilidad de un compuesto al producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes , cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación del equilibrio. El valor de Kps indica la solubilidad de un compuesto: Mientras más pequeño sea Kps menos soluble será el compuesto.

Química - Factores que afectan al Equilibrio químico

Principio de Le Chatelier:

Establece que si se aplica un esfuerzo externo a un sistema en equilibrio, el sistema se ajusta por si mismo de tal modo que el "esfuerzo" se contrarresta parcialmente. La palabra "esfuerzo" se refiere a un cambio en la concentración, presión, volumen o temperatura, que desplaza el sistema de su estado de equilibrio.

- Cambios en la concentración: Un aumento de la concentración de uno de los reactivos, hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya (No altera la constante de Equilibrio).



Si en una reacción de ese tipo que se encuentra en equilibrio: Se aumenta la concentración de C o D la reacción se desplaza favoreciendo la formación de Reactivos hasta llegar nuevamente a un equilibrio, por el contrario si se aumentan las concentracion de A o B se favorecerá la formación de producto hasta reestablecer el equilibrio.

- Cambios en el Volumen y la Presión: Estos cambios no suelen afectar sustancias condensadas como los líquidos y los sólidos, pero si influyen mucho en las concentraciones de sustancias gaseosas (No altera la constante de equilibrio).



Para una reacción de ese tipo, si se aumenta la presión en el sistema (disminución del volumen) se favorecerá la reacción hacia donde el número total de moles de gas sea menor. Si por el contrario se disminuye la presión (aumento del volumen) se favorecerá la reacción en dirección donde el número total de moles sea mayor.



- Cambios en la Temperatura: El cambio de temperatura en una reacción dada altera el valor de la Constante de Equilibrio.

Un Aumento de la temperatura favorece la formación de reacciones Endotérmicas. Una disminución de la temperatura favorece las reacciones exotérmicas.

Química - Predicción de la dirección de una reacción

Para poder conocer la dirección en que se desplazará una reacción química, es decir, si se favorecerá la formación de productos o reactivos a medida que transcurra la reacción hasta alcanzar el equilibrio, debemos conocer el cociente de reacción Qc que se expresa de la siguiente manera para una reacción de tipo:



- Así sí Qc es mayor que Kc favorece la formación de Reactivos.
- Sí Qc es igual a Kc nos encontramos en el equilibrio.
- Sí Qc es menor que Kc favorece la formación de productos.

Química - Equilibrio Químico

Una reacción química puede reaccionar de dos maneras diferentes:

- Reacción Irreversible: Ocurre en un solo sentido. La concentración de los reactivos disminuye rápidamente hasta que uno de ellos se acaba y en ese momento se detiene la reacción.

- Reacción Reversible: Ocurre en los dos sentidos. La reacción transcurre hasta cierto punto, alcanzando un equilibrio, y aparentemente se detiene. Llega un momento en que la cantidad de producto es los suficientemente grande que estos productos reaccionen entre sí volviendo a formar los reactivos iniciales; así se forman las reacciones directa e inversa.



Concepto de Equilibrio

El equilibrio es un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo. Cuando se alcanza el equilibrio las concentraciones de reactivos y productos se mantienen constantes. El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que los productos vuelven a transformarse en reactivos (Velocidad de reacción directa igual a velocidad de reacción inversa).



Existen ciertas condiciones para que en la reacción pueda alcanzarse el Equilibrio químico:

- Sólo puede existir equilibrio en un sistema aislado.
- Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las propiedades observables del sistema no varían con el tiempo.
- La situación de equilibrio puede ser modificada por cambios de temperatura, pero puede volver a su equilibrio si se reestablece su temperatura original.
- También pueden haber modificaciones en la reacción con factores como Presión/volumen y las concentraciones que las sustancias que partcipan.

Constante de Equilibrio

La Constante de Equilibrio es una proporción entre las concentraciones de los productos y la de los reactivos. Esta constante depende principalmente de la temperatura (para una misma reacción a distintas temperaturas tendrán diferentes constantes), depende también de la Presión/volumen y de la naturaleza de las sustancias que participan en el proceso químico.

Formas de expresar la constante de Equilibrio

Equilibrio Homogéneo: Este término se aplica en las reacciones que todas las especies reaccionantes están en la misma fase.

La constante de equilibrio en una reacción de tipo Acuoso (sabiendo las concentraciones de las sustancias) está dada por :





[B] = Concentración Molar.

Si se conocen las presiones para una ecuación de tipo gaseoso, la Constante de Equilibrio está dada por:





P= Presión del gas en atmósferas.

Es posible relacionar Kp con Kc según la siguiente ecuación:



Donde:

- R= 0,0821 L. Atm/K mol
- T= Temperatura en Kelvin
- *n = Variación en el nº de moles
- *n es posible saberlo mediante: moles producto gaseoso - moles reactivo gaseoso

Equilibrio Heterogéneo: Es donde intervienen reactivos y productos en fases diferentes. Los sólidos puros al igual que los líquidos puros no cambian su concentración a medida que avanza la reacción por lo que no participan en la expresión de la Constante de Equilibrio.

Por ejemplo cuando se calienta Carbonato de calcio en un recipiente cerrado, se establece el siguiente equilibrio:





Independientemente de las cantidades de CaCO3 y CaO presentes, la presión de CO2 en el equilibrio es la misma tanto en el contenedor 1 como en el contenedor 2. Entonces la Constante de Equilibrio para esta ecuación es:



Quedaría: