Soluções e equilíbrio de solubilidade

Este resumo segue a ordem das Aprendizagens Essenciais: as águas como soluções, a solubilidade, o equilíbrio de solubilidade e o produto de solubilidade, a previsão de precipitados, os fatores que alteram a solubilidade e a dureza da água. É um dos temas que mais custa aos alunos, e é por isso que convém ir devagar.

1. As águas como soluções aquosas

As águas naturais não são água pura: têm sais dissolvidos e gases dissolvidos, como o dióxido de carbono da atmosfera, que forma ácido carbónico e torna a água ligeiramente ácida. A dissolução de sais e de gases explica muitas das características das águas, desde o sabor até à dureza, e tem um papel essencial nos ecossistemas e na sociedade humana.

2. Solubilidade

A solubilidade, $s$, de um soluto é a concentração de soluto numa solução saturada, a uma dada temperatura. Neste resumo exprime-se em mol dm$^{-3}$.

De acordo com a quantidade de soluto dissolvido, comparada com a solubilidade, as soluções podem ser:

3. Equilíbrio de solubilidade e produto de solubilidade

Na dissolução de um sal pouco solúvel, a parte que se dissolve dissocia-se completamente, e estabelece-se um equilíbrio heterogéneo entre o sal sólido e os seus iões em solução:

4. Previsão da formação de precipitados

O quociente da reação, $Q_s$, calcula-se como $K_s$, mas com as concentrações num instante qualquer. Compara-se com $K_s$:

5. Fatores que alteram a solubilidade

• Temperatura: é o único fator que altera o valor de $K_s$. Para uma dissolução endotérmica, um aumento de temperatura aumenta $K_s$ e a solubilidade. Para uma dissolução exotérmica, diminui.
• Efeito do ião comum: num meio que já contém um dos iões do sal, a solubilidade é menor do que em água pura. Pelo princípio de Le Châtelier, o aumento da concentração de um dos iões desloca o equilíbrio no sentido inverso. O valor de $K_s$ não muda.
• Adição de um ácido: a solubilidade de alguns sais com aniões básicos aumenta quando se adiciona um ácido. Por exemplo, em $\text{Ca(OH)}_2(s) \rightleftharpoons \text{Ca}^{2+}(aq) + 2\,\text{OH}^-(aq)$, o ácido consome $\text{OH}^-$, o equilíbrio evolui no sentido direto e a solubilidade aumenta.

6. Dureza da água

A dureza de uma água está relacionada com a concentração total dos catiões cálcio, $\text{Ca}^{2+}$, e magnésio, $\text{Mg}^{2+}$. Quanto maior for esta concentração, mais dura é a água. As águas duras formam depósitos de calcário, o que se quer evitar, e por isso procura-se reduzir a dureza removendo estes catiões:

• Precipitação: adicionam-se sais pouco solúveis de cálcio e de magnésio, que precipitam e são depois filtrados.
• Complexação: adicionam-se agentes complexantes, que formam complexos estáveis com o cálcio e o magnésio.
• Resinas de troca iónica: a água atravessa resinas com iões $\text{Na}^+$, que são trocados pelos iões $\text{Ca}^{2+}$ e $\text{Mg}^{2+}$, removendo-os.

As reações de precipitação também são usadas para remover poluentes da água, como metais pesados.

Praticar com exames

Os exercícios de exame deste tema têm a resolução passo a passo. Começa pelos que pedem a previsão de precipitação e a relação entre $K_s$ e $s$.