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Equilibrios de solubilidad
Problema
2026 · Ordinaria · Suplente
3A
Examen

El Mn(OH)X2\ce{Mn(OH)2} es muy poco soluble en agua, con una Ks=1,9⋅10−13\text{K}_\text{s}= 1,9 \cdot 10^{-13} a 25 ∘C25 \text{ } ^\circ \text{C}.

a) Calcule su solubilidad en agua.b) Calcule su solubilidad en una disolución de pH=11\text{pH}= 11.
Kpssolubilidadefecto \text{pH}
a) Calcule su solubilidad en agua.

El equilibrio de disolución del hidróxido de manganeso(II) en agua es:

Mn(OH)X2(s)⇌MnX2+(aq)+2 OHX−(aq)\ce{Mn(OH)2 (s) <=> Mn^{2+} (aq) + 2OH- (aq)}

Si ss es la solubilidad molar de Mn(OH)X2\ce{Mn(OH)2} en agua, entonces en el equilibrio las concentraciones de los iones serán:

[MnX2+]=s My[OHX−]=2s M[\ce{Mn^{2+}}] = s \text{ M} \quad \text{y} \quad [\ce{OH-}] = 2s \text{ M}

La expresión de la constante del producto de solubilidad (KsK_s) es:

Ks=[MnX2+][OHX−]2K_s = [\ce{Mn^{2+}}][\ce{OH-}]^2

Sustituyendo las concentraciones en términos de ss:

Ks=(s)(2s)2=4s3K_s = (s)(2s)^2 = 4s^3

Con Ks=1,9⋅10−13K_s = 1,9 \cdot 10^{-13}, podemos calcular ss:

1,9⋅10−13=4s31,9 \cdot 10^{-13} = 4s^3
s3=1,9⋅10−134=4,75⋅10−14s^3 = \frac{1,9 \cdot 10^{-13}}{4} = 4,75 \cdot 10^{-14}
s=4,75⋅10−143≈3,62⋅10−5 Ms = \sqrt[3]{4,75 \cdot 10^{-14}} \approx 3,62 \cdot 10^{-5} \text{ M}
b) Calcule su solubilidad en una disolución de pH=11\text{pH}= 11.

Primero, calculamos la concentración de iones hidroxilo en una disolución con pH=11\text{pH} = 11.

pOH=14−pH=14−11=3\text{pOH} = 14 - \text{pH} = 14 - 11 = 3
[OHX−]=10−pOH=10−3 M[\ce{OH-}] = 10^{-\text{pOH}} = 10^{-3} \text{ M}

Sea s′s' la solubilidad molar de Mn(OH)X2\ce{Mn(OH)2} en esta disolución. El equilibrio de disolución es el mismo:

Mn(OH)X2(s)⇌MnX2+(aq)+2 OHX−(aq)\ce{Mn(OH)2 (s) <=> Mn^{2+} (aq) + 2OH- (aq)}

En este caso, la concentración de MnX2+\ce{Mn^{2+}} es s′s'. La concentración total de iones OHX−\ce{OH-} en el equilibrio es la suma de la que proviene de la disolución del hidróxido (2s′2s') y la que ya estaba presente en la disolución (10−3 M10^{-3} \text{ M}). Así, [OHX−]=2s′+10−3 M[\ce{OH-}] = 2s' + 10^{-3} \text{ M}. Debido a la baja solubilidad de Mn(OH)X2\ce{Mn(OH)2} y la relativamente alta concentración inicial de OHX−\ce{OH-}, podemos considerar que 2s′≪10−32s' \ll 10^{-3}, por lo que [OHX−]≈10−3 M[\ce{OH-}] \approx 10^{-3} \text{ M}.Aplicamos la expresión de KsK_s:

Ks=[MnX2+][OHX−]2K_s = [\ce{Mn^{2+}}][\ce{OH-}]^2
1,9⋅10−13=(s′)(10−3)21,9 \cdot 10^{-13} = (s')(10^{-3})^2
1,9⋅10−13=s′⋅10−61,9 \cdot 10^{-13} = s' \cdot 10^{-6}
s′=1,9⋅10−1310−6=1,9⋅10−7 Ms' = \frac{1,9 \cdot 10^{-13}}{10^{-6}} = 1,9 \cdot 10^{-7} \text{ M}

La solubilidad de Mn(OH)X2\ce{Mn(OH)2} en una disolución con pH=11\text{pH} = 11 es 1,9⋅10−7 M1,9 \cdot 10^{-7} \text{ M}. La validez de la aproximación es confirmada, ya que 2s′=2⋅1,9⋅10−7=3,8⋅10−72s' = 2 \cdot 1,9 \cdot 10^{-7} = 3,8 \cdot 10^{-7}, que es significativamente menor que 10−310^{-3}.