Solubilità dei sali derivanti da acidi deboli e influenza del pH: esempi risolti
La solubilità dei sali derivanti da acidi deboli aumenta all’abbassarsi del pH. Ad esempio, le statue in marmo costituite da carbonato di calcio, un sale derivante da un acido debole, si degradano a causa del contatto con le piogge acide, assumendo un aspetto ruvido e corrosivo.
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Prendiamo in considerazione il fluoruro di calcio, un sale poco solubile che si dissocia in acqua secondo l’equilibrio eterogeneo:
CaF2(s) ⇄ Ca2+(aq) + 2 F–(aq)
Questo è regolato dal prodotto di solubilità Kps = 3.9 · 10-11. In acqua pura, all’equilibrio [Ca2+] = x e [F–] = 2x. Sostituendo questi valori nell’espressione del Kps, otteniamo: Kps = 3.9 · 10-11 = [Ca2+] [F–]2 = (x)(2x)2 = 4x3. Da cui x = solubilità molare = 2.1 · 10-4 M.
Riducendo il pH della soluzione, l’ione F– derivante dall’acido debole HF, la cui Ka vale 6.76 · 10-4, viene protonato, diminuendo la sua concentrazione. Secondo il principio di Le Chatelier, l’equilibrio di dissociazione del fluoruro di calcio si sposta a destra, aumentandone la solubilità.
Esercizio 1: Calcolo della solubilità del fluoruro di calcio in una soluzione 0.10 M di HCl
Oltre all’equilibrio di dissociazione CaF2(s) ⇄ Ca2+(aq) + 2 F–(aq), si tiene presente l’equilibrio di dissociazione di HF:
HF(aq) ⇄ H+(aq) + F–(aq), regolato dalla Ka. La costante relativa a quest’ultimo equilibrio è pari a K = 1/Ka.
Moltiplicando per 2 quest’ultimo equilibrio e sommandolo a quello di dissociazione, si ottiene l’equilibrio:
CaF2(s) + 2 H+(aq) ⇄ Ca2+(aq) + 2 HF(aq). La costante relativa a questo equilibrio vale: K = Kps/Ka2 = 3.9 · 10-11 / (6.76 · 10-4)2 = 8.5 · 10-5.
Paragonando la solubilità del fluoruro di calcio in HCl 0.10 M e in acqua pura, si osserva un aumento di 28 volte a pH = 1.
Esercizio 2: Calcolo della solubilità del benzoato di argento
Il benzoato di argento dà luogo all’equilibrio di dissociazione:
C6H5COOAg(s) ⇄ C6H5COO–(aq) + Ag+(aq).
In acqua pura, la solubilità molare è x, quindi Kps = 2.5 · 10-13 = (x)(x), da cui x = 5.0 · 10-7 M.
Considerando un pH di 3.19, l’equilibrio è dato da:
C6H5COO–(aq) + H+(aq) ⇄ C6H5COOH(aq), regolato dalla costante K = 1/Ka. La costante relativa all’equilibrio della dissociazione del benzoato di argento vale K = Kps/Ka = 2.5 · 10-13 / 6.46 · 10-5 = 3.9 ·10-9. Alla concentrazione di H+ corrispondente a pH = 3.19, la solubilità molare del benzoato di argento è 1.6 · 10-6 M, cioè 3 volte maggiore rispetto a quella in acqua pura.
