Come calcolare il pH per una precipitazione completa
Il calcolo del pH di una soluzione satura di un idrossido metallico poco solubile è una parte importante nel risolvere equilibri eterogenei. La solubilità di idrossidi metallici poco solubili è fortemente influenzata dal valore del pH. Inoltre, diminuisce al diminuire del pH e aumenta all’aumentare del pH. È possibile calcolare la solubilità di molti idrossidi metallici poco solubili, che agiscono come elettroliti, in acqua. Di solito, nei problemi proposti viene richiesto il calcolo del pH di una soluzione satura o il pH a cui avviene la precipitazione. Affinché avvenga la precipitazione, il prodotto delle concentrazioni delle specie presenti elevato ai rispettivi coefficienti stechiometrici deve essere pari al valore del prodotto di solubilità. È importante sottolineare che ciò implica che la precipitazione si verifica, ma non necessariamente è completa.
Esercizi di calcolo del pH
Si calcoli il pH di una soluzione satura di Zn(OH)2 per il quale il valore di Kps è di 4.5 ∙ 10^-17. L’equilibrio di dissociazione è il seguente: Zn(OH)2(s) ⇄ Zn2+(aq) + OH-(aq). L’espressione del prodotto di solubilità è: Kps = [Zn2+][OH-]2. All’equilibrio: [Zn2+] = x; [OH-] = 2x. Sostituendo si ha: Kps = 4.5 ∙ 10^-17 = (x)(2x)2 = 4×3. Da cui x = ∛4.5 ∙ 10^-17/4 = 2.2 ∙ 10^-6 M. [OH-] = 2x = 2(2.2 ∙ 10^-6) = 4.4 ∙ 10^-6 M. Di conseguenza, pOH = 5.3 e pH = 14-5.3 = 8.7.
Si calcoli il pH a cui inizia a precipitare l’idrossido di zinco se la soluzione è 0.1 M in ione zinco. In questo caso, all’equilibrio: [Zn2+] = 0.1 M. Pertanto, Kps = 4.5 ∙ 10^-17 = (0.1) [OH-]2. Da cui [OH-] = √4.5 ∙ 10^-17/0.1 = 2.1 ∙ 10^-8 M. In questo caso, pOH = 7.7 e pH = 14-7.7 = 6.3.
Si calcoli il pH a cui può essere ritenuta completa la precipitazione dell’idrossido di zinco se la soluzione è 0.1 M in ione zinco. Con buona approssimazione si può ritenere che la precipitazione è completa quando la concentrazione dello ione zinco è 10^4 volte più piccola rispetto a quella iniziale. In questo caso, all’equilibrio: [Zn2+] = 0.1 ∙ 10^-4 = 10^-5 M. Pertanto, Kps = 4.5 ∙ 10^-17 = (10^-5 ) [OH-]2. Da cui [OH-] = √4.5 ∙ 10^-17/10^-5 = 2.1 ∙ 10^-6 M. Come risultato, pOH = 5.7 e pH = 14-7.7 = 8.3.
Dagli esempi svolti si può notare che una soluzione satura ha un pH di 8.7. Inoltre, in una soluzione 0.1 M di Zn2+, la precipitazione inizia a pH = 6.3, mentre può ritenersi completa a pH = 8.3.