Equilíbrio heterogêneo e produto de solubilidade (Kps)

Você provavelmente deve lembrar que quando as reações químicas são reversíveis, ocorre o equilíbrio químico da equação. Ou seja, estas reações ocorrem nos dois sentidos (direto e inverso).

O que é equilíbrio heterogêneo

O equilíbrio heterogêneo é caracterizado pela diferença de fases em que se encontram os reagentes e os produtos. Nesse caso, normalmente as substâncias se encontram na fase sólida e na líquida ou aquosa. Sendo assim, o equilíbrio heterogêneo é um equilíbrio químico que utiliza soluções pouco solúveis nas reações químicas.

Exemplo

Para você entender melhor, veja um exemplo:

AgCl_(s) ⇋ Ag⁺_(aq) + Cl^– _(aq)

Neste exemplo, o sal cloreto de prata (AgCl) é sólido. Já os íons formados estão na solução aquosa, caracterizando um equilíbrio heterogêneo.

Em uma outra reação temos:

AgNO_3(s) + NaCl  ⇋  NaNO₃   +  AgCl

Neste exemplo temos uma reação de dupla troca, onde os cátions dos reagentes se ligam aos ânions dos produtos.

Todos os nitratos, como o nitrato de prata (AgNO₃) são solúveis, e a grande maioria dos cloretos (como o NaCl, o cloreto de sódio) também são solúveis, exceto os cloretos de prata, chumbo e mercúrio. Assim, o cloreto de prata (AgCl) é um sal pouco solúvel. 

Um sistema em equilíbrio químico é identificado por algumas características importantes e obrigatórias: tanto a matéria quanto a energia, não são introduzidas ou removidas do sistema; as propriedades macroscópicas do sistema não variam com o tempo, isso ocorre porque, microscopicamente, ocorrem as reações químicas simultâneas em ambos os sentidos e com a mesma rapidez.

Produto de solubilidade (Kps)

Para entendermos melhor o equilíbrio químico da primeira reação exemplificada nesta aula, vamos agora determinar sua constante, ou produto de solubilidade, chamado de Kps ou Ks.

O que é produto de solubilidade?

O produto de solubilidade (Kps ou Ks) é o produto das concentrações (em mol/L) dos íons da reação química. Essa constante é estabelecida entre uma substância pouco solúvel e seus íons em solução, elevada aos coeficientes estequiométricos da reação.

Isso porque, em uma reação química em equilíbrio quando há reagentes ou produtos no estado sólido, estes não irão aparecer na fórmula da constante de equilíbrio, pois suas concentrações são constantes.

Assim, utilizando alguns dos exemplos acima para calcular seu produto de solubilidade, teremos a seguinte fórmula:

AgCl_(s) ⇋ Ag⁺_(aq) + Cl^– _(aq)

Kps = [Ag+]  x  [Cl-]

Atenção! Como dito acima, as substâncias sólidas não entram no cálculo, uma vez que suas concentrações são constantes. Por isso o o cloreto de prata não aparece aqui.

Como calcular o produto de solubilidade (Kps) e a solubilidade de uma substância

Para calcular a solubilidade, que representa quanto do sólido está na solução e vai se dissociar para formar os íons, devemos observar a quantidade de mols de cada substância presente na reação e relacionar em uma proporção estequiométrica.

Assim, temos que na reação química abaixo:

AgCl_(s) ⇋  Ag⁺_(aq) + Cl^–_(aq)

Para cada 1 mol de AgCl, temos 1 mol de Ag⁺ e 1 mol de Cl^–. Observamos uma proporção de 1:1:1 nesta reação. Dessa maneira, podemos atribuir um valor X para cada íon ficando representado por:

AgCl(s) ⇋  Ag+(aq)   +  Cl-(aq)

   X                X                   X

Agora para determinar o Kps, usamos a seguinte fórmula:

Kps = [Ag+] . [Cl-]

Kps =  X     .     X

Kps = X²

X =

Não podemos esquecer que a solubilidade representa o limite máximo que certo solvente consegue solubilizar um sal, e que o Kps trabalha com os íons que estão na solução.

Em um outro exemplo abaixo, temos que o seu Kps é igual a:

PbCl_{2 (s)}   ⇋   Pb^²+   +  2  Cl^–

Atenção! Antes de tentar encontrar o Kps, não podemos esquecer de ver se a reação química está balanceada: nos reagentes temos 2 átomos de cloro e nos produtos apenas 1. Assim, colocamos o número 2 na frente do íon Cl^–.

Dessa maneira, teremos uma proporção de: 1:1:2

PbCl_{2 (s)}   ⇋   Pb^²+   +  2  Cl^–

X               X            2 X

Sendo assim, a fórmula do Kps é equivalente a:

Kps = [Pb²⁺]  .  [Cl^–]²

Kps =    X . (2 X)²

Kps =  X . 4 X²

Kps = 4 X³

Fácil, não é mesmo? Para ter certeza que você entendeu, vejamos outro exemplo onde temos:

Al(OH) _3(s)  ⇋  Al³⁺ + 3 OH^–

Como você pode perceber pelos coeficientes da reação, neste exemplo temos uma proporção de: 1:1:3

Dessa maneira, temos que:

Al(OH)3_(s)  ⇋    Al³⁺+   3 OH^–

       X                 X            3 X

E a fórmula do Kps é equivalente a:

Kps = [Al³+] . [OH-]³

Kps =  X . (3X)³

Kps = X . 27X³

Kps =  27 X⁴

Para finalizar os exemplos, veja mais este:

Bi₂S _3(s) ⇋   2 Bi³⁺ + 3 S²^–

Neste exemplo temos uma proporção de: 1:2:3

Bi₂S_3(s)  ⇋    2 Bi³⁺ + 3 S²^–

     X               2 X           3 X

Assim, a fórmula do Kps é equivalente a:

Kps = [Bi³⁺]² . [S^2-]³

Kps = (2 X)² . (3 X²^–)³

Kps = 4 X² . 27 X³

Kps = 108 x⁵

A partir desses exemplos, podemos dizer que quanto maior o Kps, maior a solubilidade da substância, pois mais íons estão em solução.

Em uma reação aleatória temos:

XY(s)  ↔   X⁺   +  Y^–

[X⁺] x [Y^–]  > Kps ⇒   solução saturada com precipitado ou corpo de fundo.

[X⁺] x [Y^–]  =  Kps ⇒   solução saturada

[X⁺] x [Y^–]  < Kps ⇒   solução insaturada (concentração do sal é menor que a solubilidade), ou seja, tudo o que é colocado é dissolvido.

Além disso, temos que para compostos de mesma natureza, quanto menor o Kps, menos solúvel é o composto, assim, mais facilmente ele precipita.

Para compostos de natureza diferente, deve-se determinar a solubilidade por meio do Kps. Quanto menos solúvel, mais facilmente ele precipita.

O produto de solubilidade se altera com a variação de temperatura, onde nas reações endotérmicas, o aumento da temperatura, provoca o aumento do Kps. O aumento da temperatura em uma reação exotérmica, provoca a diminuição do Kps.

Exercícios resolvidos sobre equilíbrio heterogêneo e produto de solubilidade (Kps)

Exercício 1

Sabendo que para o PbBr₂ seu Kps vale 4 x 10^-6, determinar a solubilidade desse sal em mol/L.

Resolução: primeiro vamos fazer a dissociação:

PbBr2  ⇋  Pb²⁺+2 Br^–

Agora vamos colocar na fórmula do Kps:

Exercício 2

Sendo o Kps do AgCl igual a 4 x 10^-4, calcular a concentração em mol/L da prata.

Resolução: primeiro iremos realizar a dissociação da reação:

AgCl ⇋ Ag⁺+Cl^–

Nesta reação temos a proporção de: 1:1:1

Exercício 3

Em um recipiente foram adicionados 1×10^-5 mol/L de Ag⁺ e 2 x 10^-5 mol/L de Cl^–. Sabendo-se que o Kps do AgCl é 1,56 x 10^-10, indicar se a referida solução é insaturada.

Resolução: AgCl ⇋ Ag⁺ + Cl^–

Agora vamos multiplicar as concentrações dos íons para ver o resultado final, e para comprovar ou não que a solução é insaturada:

[Ag⁺] . [Cl^–] = 1 x 10^-5   x   2 x 10^-5    = 2 x 10^-10 mol/L.

Este valor é maior que o produto de solubilidade (Kps) dado no enunciado, então, temos aqui uma solução saturada com corpo de fundo, e não uma solução insaturada.

Videoaula sobre produto de solubilidade

Exercícios

Agora treine com estes exercícios sobre equilíbrio heterogêneo e produto de solubilidade.

1)(UFPI-2014) A solubilidade do fluoreto de cálcio, a 18 °C, é 2.10^-5 mol/litro. O produto de solubilidade desta substância na mesma temperatura é:

1. a) 8,0 × 10^-15
2. b) 3,2 × 10^-14
3. c) 4 × 10^-14
4. d) 2 × 10^-5
5. e) 4 × 10^-5

2)(PUC-Campinas-2013) O produto de solubilidade do hidróxido férrico, Fe(OH)₃, é expresso pela relação:

1. a) [Fe3+] · 3 [OH– ]
2. b) [Fe3+] + [OH–]³
3. c) [Fe3+] · [OH–]3
4. d) [Fe3+] / [OH-]3
5. e) [Fe-]3 / [OH3+]

3)(UFPI-PI-2013) A solubilidade do fluoreto de cálcio, a 18 °C, é 2 . 10-5 mol/litro. O produto de solubilidade desta substância na mesma temperatura é:

1. a) 8,0 × 10-15
2. b) 3,2 × 10-14
3. c) 4 × 10-14
4. d) 2 × 10-5
5. e) 4 × 10-5

4)(MACKENZIE-SP-2009) O produto de solubilidade do carbonato de cálcio (CaCO3), que apresenta solubilidade de 0,013 g/L a 20°C, é:

1. a) 1,69 × 10-4
2. b) 1,69 × 10-8
3. c) 1,30 × 10-2
4. d) 1,30 × 10-8
5. e) 1,69 × 10-2

5)(FUVEST-SP-2014) A determinada temperatura, a solubilidade do sulfato de prata em água é 2,0 · 10–2 mol/L. O produto de solubilidade (Kps) desse sal à mesma temperatura é:

1. a) 4,0 · 10–4
2. b) 8,0 · 10–4
3. c) 6,4 · 10–5
4. d) 3,2 · 10 –5
5. e) 8,0 · 10–6

6) (UFF-RJ-2016) O seguinte equilíbrio ocorre em meio aquoso:

 Pbl2(s)  ⇋  Pb2+(aq) + 2 I- (aq), Kps (Pbl2) = 8,3 · 10–9

 Pode-se afirmar que:

1. a) se [Pb+²] · [l– ] ² = Kps, então a solução é insaturada.
2. b) se [Pb+²] · [l– ] ² > Kps, então a solução é saturada.
3. c) se [Pb+²] · [l– ] ²< Kps, então a solução é supersaturada.
4. d) se [Pb+²] · [l– ]² = Kps, então a solução é saturada.
5. e) se [Pb+²] · [l– ]² > Kps, então a solução é insaturada

 

GABARITO

1. B
2. C
3. B
4. B
5. D
6. D

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