Reacciones de Precipitación: Fundamentos de Solubilidad y Equilibrio Químico

Reacciones de Precipitación: Conceptos Fundamentales

La Solubilidad: Definición y Tipos de Disoluciones

La solubilidad de un soluto en un disolvente determinado y a una temperatura específica es la concentración del soluto en una disolución saturada. Las disoluciones pueden ser:

1. Saturadas: Son aquellas que contienen la máxima cantidad posible de un soluto. En estas circunstancias, se establece un equilibrio dinámico entre la sustancia disuelta y el sólido no disuelto.
2. Sobresaturadas: Contienen una cantidad de soluto mayor que la que corresponde a la disolución saturada. Esta situación no es estable y, normalmente, basta la adición de una pequeña cantidad de soluto para provocar la cristalización del exceso del mismo.
3. Insaturadas: Son aquellas que contienen una cantidad de soluto inferior a la de su solubilidad.

Factores que Influyen en la Solubilidad

Los factores que influyen en la solubilidad son el aumento de la entropía, la energía de red, el calor de hidratación y el calor de disolución.

Clasificación de Sustancias según su Solubilidad

Las sustancias pueden clasificarse en:

1. Solubles: Solubilidad superior a 0.02 moles de soluto por litro de disolución.
2. Ligeramente Solubles: Solubilidad aproximada a 0.02 moles por litro.
3. Insolubles: Solubilidad menor a 0.02 moles por litro. Dado que su solubilidad no es realmente nula, las denominamos comúnmente poco solubles.

Producto de Solubilidad (Ks) y Producto Iónico (Qs)

El producto de solubilidad (Ks) de un compuesto es una constante de equilibrio que describe la solubilidad de un compuesto iónico poco soluble. Se expresa como:

Ks = [An+]m[Bm-]n

Donde [An+] y [Bm-] son las concentraciones de los iones en la disolución en el equilibrio.

La expresión del producto iónico (Qs) es igual a la del producto de solubilidad (Ks), pero tomando las concentraciones en un instante concreto distinto al del equilibrio.

Solubilidad Molar (S)

La solubilidad molar (S) de un compuesto es el número de moles de compuesto disueltos en un litro de la disolución saturada. La expresión del producto de solubilidad en el caso general para el cálculo de Ks en un compuesto del tipo A_mB_n será:

Ks = [An+]m[Bm-]n = (mS)m(nS)n

Reacciones de Precipitación: Formación de Sólidos Insoluble

Una reacción de precipitación consiste en la formación de un compuesto insoluble, que recibe el nombre de precipitado, al mezclar dos disoluciones, cada una de las cuales aporta un ión a dicho compuesto insoluble.

Tipos de Ecuaciones Químicas en Reacciones de Precipitación

Según la forma en que aparezcan expresados en la reacción los reactivos y los productos, las ecuaciones químicas se denominan:

1. Ecuación Molecular: Aquella en la que todas las sustancias se han escrito en forma no ionizada.
2. Ecuación Iónica: Se obtiene disociando totalmente en sus iones los electrolitos fuertes disueltos.
3. Ecuación Iónica Neta: Se obtiene eliminando los iones que aparecen en los dos miembros de la ecuación iónica, es decir, los iones espectadores.

Condición de Precipitación

Para que una sustancia precipite como consecuencia de la reacción entre dos sustancias disueltas, el producto iónico de aquella (Qs) debe ser mayor que la constante del producto de solubilidad (Ks):

Qs > Ks

Precipitación Fraccionada

La precipitación fraccionada consiste en la adición de un ión precipitante adecuado que pueda dar lugar a la formación de dos compuestos poco solubles, cuyos productos de solubilidad son lo suficientemente diferentes como para provocar la precipitación prácticamente total de uno de ellos antes de que empiece a precipitar el otro.

Efecto del Ión Común

En una disolución de dos compuestos disociados en sus iones, ocurre a veces que existe el mismo ión procedente de ambos compuestos, al cual se denomina ión común. El efecto de la adición de un ión común al equilibrio de solubilidad de un compuesto provoca la disminución de su solubilidad y la precipitación de este.

Métodos de Disolución de Precipitados

Los métodos de disolución, total o parcial, de precipitados se basan en disminuir la concentración de los iones disueltos, de modo que Qs < Ks. Estos son:

1. Reacciones Ácido-Base: La presencia de un ácido fuerte favorece la solubilidad de los hidróxidos y de las sales poco solubles cuyo anión proceda de un ácido débil. De similar forma, la adición de una sal amónica favorece la solubilidad de los hidróxidos poco solubles.
2. Reacciones de Oxidación-Reducción: Un precipitado puede ser disuelto por la acción de un agente oxidante que aumenta el número de oxidación de un ión de modo que disminuya su concentración.
3. Formación de Iones Complejos: Las moléculas de H₂O que hidratan los cationes metálicos presentes en la disolución de una sal poco soluble pueden ser sustituidas por otras moléculas o iones llamados ligandos, dando lugar a un ión complejo soluble. De este modo, disminuye la concentración de los iones metálicos hidratados de la solución y el precipitado se disuelve.