Práctica de Laboratorio: Estudio de los Factores que Afectan la Solubilidad de las Sales: Caso del Carbonato de Calcio

 

Estudio de los Factores que Afectan la Solubilidad de las Sales: Caso del Carbonato de Calcio

Objetivo general

• Analizar y comprender cómo diferentes factores como la temperatura, el pH y la presencia de iones comunes influyen en la solubilidad del carbonato de calcio en solución acuosa.

Objetivos específicos

• Determinar la solubilidad del CaCO₃ a diferentes temperaturas.
• Evaluar el efecto del pH en la solubilidad del CaCO₃.
• Observar el efecto del ion común (Ca²⁺) en la solubilidad del CaCO₃.

Introducción

La solubilidad de las sales en agua es un fenómeno importante en química y tiene aplicaciones en procesos industriales, biológicos y ambientales. La solubilidad depende de factores como la temperatura, el pH y la composición iónica de la solución. En esta práctica, se estudiará la solubilidad del carbonato de calcio (CaCO₃), una sal que presenta baja solubilidad en agua y cuya solubilidad se ve afectada considerablemente por los factores mencionados. Este estudio permite comprender el equilibrio entre una sustancia sólida y sus iones en solución, así como los efectos de las condiciones externas en dicho equilibrio.

Fundamentos teóricos

• Solubilidad y producto de solubilidad (Kps): El carbonato de calcio se disuelve parcialmente en agua siguiendo la reacción:

El producto de solubilidad está definido como:

• Efecto de la temperatura: La solubilidad puede aumentar o disminuir según la entalpía de disolución. Para CaCO₃ generalmente la solubilidad aumenta ligeramente con la temperatura.
• Efecto del pH: El ion carbonato puede reaccionar con protones, modificando el equilibrio:

Estas reacciones desplazan el equilibrio, aumentando la solubilidad en medio ácido.

• Efecto del ion común: La adición de Ca²⁺ (por ejemplo con CaCl₂) aporta un ion común, y por el principio de Le Châtelier:

reduciendo la solubilidad.

Materiales y reactivos

• Carbonato de calcio (CaCO₃) en polvo
• Agua destilada
• Ácido clorhídrico diluido (HCl 0.1 M)
• Hidróxido de sodio (NaOH) para ajustar pH
• Cloruro de calcio (CaCl₂)
• Probetas y vasos de precipitados
• Termómetro
• Agitador magnético o varilla de vidrio
• Papel indicador de pH o pH-metro
• Balanza analítica

Procedimiento

1. Solubilidad en función de la temperatura:

·       Preparar muestras con exceso de CaCO₃ en agua destilada (50 mL).

·       Calentar cada muestra a 20 °C, 30 °C, 40 °C y 50 °C.

·       Agitar por 30 minutos y dejar sedimentar. d. Filtrar y medir concentración de Ca²⁺.

2. Efecto del pH:

·       Preparar solución saturada de CaCO₃ a temperatura ambiente.

·       Dividir en tres: sin modificar, acidificada a pH ~4 con HCl, y alcalinizada a pH ~10 con NaOH.

·       Medir concentración de Ca²⁺.

3. Efecto del ion común:

·       Preparar solución saturada de CaCO₃.

·       Añadir CaCl₂ a 0.01 M, 0.05 M y 0.1 M.

·       Medir concentración de Ca²⁺.

Cuestionario

1. ¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad del carbonato de calcio?
2. Explique las reacciones que ocurren en solución y cómo influyen en la solubilidad según el pH.
3. ¿Por qué la presencia de ion común disminuye la solubilidad?
4. ¿Qué representa el K_ps y cómo se relaciona con las concentraciones iónicas medidas?
5. ¿Qué aplicaciones prácticas tiene el conocimiento sobre la solubilidad del CaCO₃ en diferentes condiciones?

Referencias

• Atkins, P., & de Paula, J. (2010). Química física (8a ed.). Editorial Reverté.
• Chang, R. (2010). Química general: conceptos esenciales (9a ed.). McGraw-Hill.
• Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., & Murphy, C. (2012). Química: la ciencia central (12a ed.). Pearson Educación.