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:

$\mathrm{CaF_2(s)} \rightleftharpoons \mathrm{Ca^{2+}(ac)} + 2\,\mathrm{F^-(ac)} \qquad K_S = [\mathrm{Ca^{2+}}][\mathrm{F^-}]^2$

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

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

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 $\textbf{queda menos sólido en el fondo}$, aunque las concentraciones acaben igual que antes.

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

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.

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

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

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

$\mathrm{NaF} \rightarrow \mathrm{Na^+} + \mathrm{F^-}$

El cociente de reacción se hace mayor que $K_S$ y el sistema se desplaza hacia la izquierda: precipita más $\mathrm{CaF_2}$ y la concentración de $\mathrm{Ca^{2+}}$ 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.