Idrossidi e Prodotto di solubilità

Idrossidi e Prodotto di solubilità

Frequentemente, gli idrossidi vi sono stati presentati come basi forti per eccellenza. Tuttavia, non pochi di essi, tra cui alcuni dei metalli del II gruppo (Mg e Ca) e molti dei metalli di transizione (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd) sono poco solubili. Tanto che la definizione va attentamente riconsiderata.

Quando si scioglie un sale nell'acqua (anche gli idrossidi possono essere considerati tali) prima o poi ci accorgiamo che, continuando ad aggiungere il sale, questo fa fatica a sciogliersi completamente ed inizia a formarsi un 'corpo di fondo'.

A quel punto, la soluzione si dice satura e gli ioni del sale hanno raggiunto in soluzione la loro massima concentrazione possibile.

Il valore della concentrazione del sale in soluzione è detto solubilità e può variare, anche parecchio da sale a sale. Alcuni sali, quali nitrati, clorati, molti alogenuri (specie dei metalli del I gruppo) sono generalmente così solubili che si possono considerare 'completamente solubili'. Altri sono invece scarsamente solubili (molti solfati, solfuri, carbonati, idrossidi, etc.) e la loro solubilità è definita attraverso il cosiddetto prodotto di solubilità, Kps.

Il Kps è praticamente la costante di equilibrio che si applica, in conformità con la legge di azione di massa, alla reazione di dissociazione del sale, in una sua soluzione satura (si tenga presente che questa precisazione è essenziale).

Ad esempio, per:

MX_(s) = M⁺_(aq) + X^-_(aq)

si ha:

La concentrazione del sale 'solido' si considera convenzionalmente = 1.

Eventuali coefficienti stechiometrici sono posti a esponente nell'espressione di Kps, esattamente come si fa con una costante di equilibrio, nell'applicazione della legge di azione di massa.

Ad esempio, per un idrossido di un metallo del II gruppo, la cui dissociazione è descritta dalla reazione:

Me(OH)₂ = Me²⁺ + 2OH^-

Kps è:

K_ps = [Me²⁺] [OH^-]²

La Kps può essere interpretata come una condizione 'limitativa', nel senso che ci permette di affermare che in una qualsiasi soluzione acquosa del sale, il prodotto di [M⁺] x [X^-] deve essere inferiore, o al massimo può essere uguale, a Kps.

Nel caso di un idrossido poco solubile, Me(OH)_n, se la sua concentrazione analitica è tale che il prodotto [Meⁿ⁺] x [OH^-]ⁿ è minore di Kps, l'idrossido in soluzione è completamente dissociato; viceversa, se il prodotto è maggiore di Kps, significa che si è superata la 'soglia di solubilità', e nella soluzione è presente il corpo di fondo, ovvero una certa quantità di idrossido 'solido'.

Come si calcola la soglia di solubilità?

Facciamo un esempio concreto, scegliendo l'idrossido di calcio (Kps = 5.5 x 10^-6) come cavia.
Si ponga [Ca²⁺] = x; la [OH-] sarà di conseguenza 2x. Dobbiamo quindi risolvere l'equazione:

K_ps = x * (2x)² = 5.5 * 10^-6

da cui, x = 0.011 moli/litro, che rappresenta la [Ca²⁺] e anche la solubilità del sale.

Fino a questa concentrazione, l'idrossido in soluzione è completamente dissociato (la [Ca²⁺] = [idrossido] e la [OH-] = 2*[idrossido]), per concentrazioni superiori dell'idrossido, la [Ca²⁺] in soluzione resta 0.011 moli/litro, mentre quella degli ioni OH- resta 0.022 moli/litro.