Principios Químicos de la Solubilidad: Kps, Iones Comunes y Formación de Complejos
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Fundamentos del Equilibrio de Solubilidad
El Equilibrio de Solubilidad se establece cuando un compuesto iónico poco soluble se disuelve en un disolvente, alcanzando un estado dinámico entre la fase sólida y los iones disueltos. El producto de las concentraciones de los iones en este estado es una constante, conocida como el Producto de Solubilidad ($K_{ps}$ o $P_s$).
Factores que Modifican la Solubilidad y la Precipitación
Efecto del Ion Común
El conocimiento del principio de Le Châtelier permite pronosticar el efecto que tendrá sobre el equilibrio de solubilidad la adición de un ion común, así llamado porque pertenece tanto al compuesto inicialmente disuelto como al electrolito añadido posteriormente.
Si, por ejemplo, se añade el ión $ ext{Cl}^-$ en forma de $ ext{NaCl}$ a una disolución saturada de $ ext{AgCl}$, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda con objeto de minimizar la modificación introducida en el sistema. De este modo, y con objeto de mantener el valor constante del producto de solubilidad, expresado por $K_{ps} = [ ext{Ag}^+][ ext{Cl}^-]$, el efecto neto de la adición del ion común es la insolubilización de parte de la sal disuelta. Es decir, el compuesto poco soluble disminuye aún más su solubilidad. Este fenómeno de disminución de la solubilidad de un compuesto iónico poco soluble en presencia de electrolitos que tengan un ion común con aquel, se denomina el Efecto del Ion Común.
Precipitación Fraccionada
La Precipitación Fraccionada es una técnica de gran interés en la química. Esta situación se presenta cuando están disueltos varios aniones que forman sales poco solubles con el mismo catión, o varios cationes que forman compuestos poco solubles con el mismo anión, y se añade a la disolución un agente precipitante.
Sea, por ejemplo, una disolución de los iones $ ext{Cl}^-$ e $ ext{I}^-$ a la que se agrega gradualmente una disolución de iones $ ext{Ag}^+$. Tanto el $ ext{Cl}^-$ como el $ ext{I}^-$ forman compuestos poco solubles con el ion $ ext{Ag}^+$. Es evidente que precipitará en primer lugar la sal que antes rebase su producto de solubilidad. Esta sal seguirá precipitando hasta que la otra alcance el suyo.
Control de Solubilidad mediante pH: Precipitación de Sulfuros Metálicos
En el caso de emplear en la separación de diversos cationes un anión procedente de un ácido débil (como el $ ext{S}^{2-}$ proveniente del $ ext{H}_2 ext{S}$), es posible controlar su concentración ajustando adecuadamente el pH de la disolución. Esto es lo que se hace en la separación selectiva de sulfuros metálicos con $ ext{H}_2 ext{S}$ en química cualitativa.
Mediante la regulación del pH, se controla la concentración del ion sulfuro ($ ext{S}^{2-}$) de tal modo que se excede el producto de solubilidad de algunos sulfuros mientras que no se alcanza el de otros. Esto permite la separación de los grupos segundo y tercero de la marcha de cationes.
Influencia de la Formación de Iones Complejos
Los compuestos de coordinación, complejos metálicos o, simplemente, complejos, están formados por un átomo o ion central metálico (generalmente un elemento de transición) rodeado por un pequeño número (que suele variar de 2 a 9) de otros átomos, iones o moléculas a los que se llama ligandos.
El conjunto resultante puede ser neutro o estar cargado (negativa o positivamente), en cuyo caso se habla de ion complejo. Una descripción sencilla de la formación de estos compuestos se funda en la existencia de enlaces covalentes coordinados que se formarían mediante donación de pares electrónicos por parte de los ligandos, mientras el metal aportaría sus orbitales de valencia vacíos. De este modo se justificaría, entre otras cosas, una característica importante de los complejos: la posesión de una estructura geométrica bien definida.