Ejercicio resuelto de Solubilidad · Química · Andalucía · 2020

Disponemos en un recipiente de una disolución saturada de ${\text{CaF}}_2\text{(aq)}$ en equilibrio con ${\text{CaF}}_2\text{(s)}$, depositado en el fondo. Explique qué sucederá si se añade:

a) Agua. [0,5 puntos]

b) Fluoruro de calcio, ${\text{CaF}}_2\text{(s)}$. [0,5 puntos]

c) Fluoruro de sodio, $\text{NaF(s)}$. [0,5 puntos]

En el recipiente hay un equilibrio heterogéneo entre el sólido del fondo y los iones disueltos:

$\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_2(\mathrm{s})\rightleftharpoons \mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2{\mathrm{F}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})K_S=[\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}][{\mathrm{F}}^{-}{]}^2$

Lo que hay que mirar en cada caso es si el cambio altera alguna de las dos concentraciones que entran en la constante.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Agua.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Al añadir agua las dos concentraciones bajan de golpe, así que el cociente de reacción se hace menor que $K_S$ y el sistema se desplaza hacia la derecha: se disuelve más sólido.

El proceso sigue hasta que las concentraciones vuelven a ser las de una disolución saturada, que son siempre las mismas a esa temperatura. El resultado es que $\mathbf{\text{queda}}\mathbf{\text{menos}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{fondo}}$, aunque las concentraciones acaben igual que antes.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Fluoruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{calcio,}}\mathbf{\text{CaF₂(s).}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

No ocurre nada. La disolución ya estaba saturada, y la concentración de un sólido no entra en la constante: añadir más se limita a engordar el montón del fondo.

$[\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}]$ y $[{\mathrm{F}}^{-}]$ no cambian, y el equilibrio no se desplaza.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Fluoruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio,}}\mathbf{\text{NaF(s).}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Aquí sí. El fluoruro de sodio es soluble y se disocia del todo, aportando ${\mathrm{F}}^{-}$, que es uno de los productos del equilibrio:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+{\mathrm{F}}^{-}$

El cociente de reacción se hace mayor que $K_S$ y el sistema se desplaza hacia la izquierda: precipita más $\mathrm{C}\mathrm{a}{\mathrm{F}}_2$ y la concentración de $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ disminuye.

Es el efecto del ion común: la sal se disuelve peor en una disolución que ya contiene uno de sus iones que en agua pura.