Quale solido precipita?

Michele ha scritto:

Gentile professoressa, le chiedo aiuto per il seguente problema!!

Indicare quale solido si forma mescolando volumi uguali di una soluzione di acido solforico 0,03 M – una soluzione di CaCl₂ 0,002 M – e una soluzione di Na₂CO₃ 0,005 M.

Come faccio a prevedere quale sale precipita?? Grazie mille come sempre per il suo aiuto!

Rispondo così:

Considerando l’acido solforico, il cloruro di calcio e il carbonato di sodio completamente dissociati, nella soluzione si originano i seguenti ioni:

H₂SO₄ = 2 H⁺ + SO₄^2-

CaCl₂ = Ca²⁺ + 2 Cl^-

Na₂CO₃ = 2 Na⁺ + CO₃^2-

che si combinano nelle seguenti reazioni:

2 H⁺ + CO₃^2- = H₂CO₃ = H₂O + CO₂ (che si libera come gas)

Ca²⁺ + SO₄^2- = CaSO₄

Na⁺ + Cl^- = NaCl

2 Na⁺ + SO₄^2- = Na₂SO₄

Ora, ripassiamo le regole per stabilire la solubilità dei composti, riprendendo solo quelle che riguardano i sali in esame:

1) Tutti i composti costituiti da elementi del gruppo IA sono solubili in acqua (nel nostro caso, quindi, sia NaCl, sia Na₂SO₄ sono solubili e rimangono pertanto sottoforma di ioni all’interno della soluzione)

2) Tutti i sali contenenti cloruri, bromuri e ioduri sono solubili in acqua ad eccezione di quelli di Ag⁺, Pb²⁺ e Hg₂²⁺ (quindi si conferma NaCl solubile)

3) Tutti i sali contenenti ioni solfato sono solubili in acqua, ad eccezione di quelli di Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺, Hg²⁺ e Ag⁺ (quindi Na₂SO₄ si conferma solubile, mentre CaSO₄ è insolubile, con K_ps = 4,9 · 10^-5 a 25 °C)

Consideriamo allora CaSO₄. Le concentrazioni in soluzione dei vari ioni si riducono a un terzo di quelle iniziali, dato che si uniscono volumi uguali di tre soluzioni diverse; pertanto esse sono pari a:

[Ca²⁺] = (0,002/3) = 6,7·10^-4  M                          [SO₄^2-] = (0,03/3) = 0,01 M

Il prodotto di solubilità del solfato di calcio è dato dal prodotto delle concentrazioni degli ioni che compongono il sale, essendo esso del tipo 1:1. Quando il risultato di questo prodotto supera il valore del K_ps, il sale in questione precipita.

K_ps = [Ca²⁺]·[SO₄^2-] = 6,7·10^-4 M · 0,01 M = 6,7 · 10^-6 <  4,9 · 10^-5

L’unico solido che potrebbe precipitare, il solfato di calcio CaSO₄, di fatto non precipita; infatti, ammesso che tu abbia trascritto correttamente le concentrazioni delle soluzioni iniziali, il valore del prodotto ionico [Ca²⁺]∙[SO₄^2-] è inferiore al valore del K_ps del sale.