A solubilidade de um soluto tem relação direta com a temperatura sobre a qual a solução se encontra

O produto de solubilidade é simbolizado por KPS ou KS e é uma constante de equilíbrio entre um sólido não dissolvido e seus íons. O estudo do produto de solubilidade (KPS) sempre envolve um soluto pouco solúvel em solução.

Consideremos o fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2), um sal que possui pouca solubilidade em condições ambientes. Ao ser colocado em meio aquoso, ele dissocia-se e forma alguns íons, conforme a equação iônica a seguir mostra:

Ca3(PO4)2(s) → 3 Ca2+(aq) + 2 PO43-(aq)

No entanto, visto que sua solubilidade é pequena, alguns desses íons formados tendem a unir-se novamente, o que ocasiona a precipitação do sal:

3 Ca2+(aq) + 2 PO43-(aq) → Ca3(PO4)2(s)

Uma das possíveis origens dos cálculos renais (litíase nas vias urinárias, conhecida popularmente como “pedras nos rins”), inclusive, é que os íons desse sal (cálcio, Ca2+ e fosfato, PO43-) presentes no sangue unem-se muito facilmente no organismo humano, precipitando na forma de fosfato de cálcio nos rins.

Assim, forma-se o seguinte equilíbrio (a velocidade de dissociação iônica do sal (reação direta) é igual à velocidade da precipitação do sal (reação inversa)):

Ca3(PO4)2(s) ↔ 3 Ca2+(aq) + 2 PO43-(aq)

Conforme explicado no texto Constante de equilíbrio, essa constante em termos de concentração em quantidade de matéria (Kc) é expressa colocando-se, no numerador, a multiplicação das concentrações dos produtos da reação elevadas aos seus respectivos coeficientes na equação; e no denominador, coloca-se a multiplicação das concentrações dos reagentes também elevadas aos seus respectivos coeficientes. Assim, para o equilíbrio acima, temos:

Kc = [Ca2+]3. [PO43-]2
            [Ca3(PO4)2]

No entanto, nesse mesmo texto é mostrado que as substâncias sólidas não entram na expressão de Kc porque a sua concentração é invariável. Visto que ela é uma constante, temos o seguinte:

Kc . [Ca3(PO4)2] = [Ca2+]3. [PO43-]2

Matematicamente, sempre que temos o produto entre duas constantes, há a formação de outra constante. Assim:

Kc . [Ca3(PO4)2] = KPS

Portanto, o nosso produto de solubilidade (KPS) é dado por:

KPS = [Ca2+]3. [PO43-]2

Podemos dizer que a expressão do produto de solubilidade (KPS) sempre é igual ao produto das concentrações em mol/L dos seus íons na solução saturada elevadas a uma potência que é igual ao seu coeficiente na equação de dissociação iônica do composto.

Por exemplo, considere a seguinte reação genérica:

AmBn(s) ↔ m An+(aq) + n Bm-(aq)

A expressão do produto de solubilidade é dada por:

KPS = [An+]m . [Bm-]n

Lembrando que quando falamos de produto iônico, referimo-nos à multiplicação [An+]m . [Bm-]n.

Importante: Não confunda a solubilidade (S) com o produto de solubilidade (KPS), pois a solubilidade é a quantidade de soluto dissolvida em determinado volume de solução. Já o produto de solubilidade (KPS) é uma constante de equilíbrio que está diretamente relacionada com a solubilidade.

A solubilidade (S) muitas vezes é chamada de constante de solubilidade (CS). Assim, o produto de solubilidade (KPS) pode nos ajudar a encontrar a constante de solubilidade do composto que queremos. Vejamos dois exemplos para entender como aplicar a expressão mostrada mais acima para descobrir o valor de KPS de um composto através da solubilidade e vice-versa:

Exemplo 1:

“Considerando que a solubilidade do Ca3(PO4)2, a 25ºC, vale 10-6 mol/L, qual será o valor do produto de solubilidade (KPS) para esse composto?”

Resolução:

* Primeiro escrevemos a equação que representa a dissociação iônica do sal:

Ca3(PO4)2(s) ↔ 3 Ca2+(aq) + 2 PO43-(aq)

* Vemos pelos coeficientes que a proporção estequiométrica é igual a 1 : 3 : 2. Assim, temos:

* Agora podemos jogar os valores das concentrações em mol/L dos íons na expressão de KPS:

KPS = [Ca2+]3. [PO43-]2
KPS = ( 3 . 10-6)3 . (2 . 10-6)2
KPS = 27 . 10-18 . 4 . 10-12
KPS = 108 . 10-30
KPS = 1,08 . 10-28

Exemplo 2:

“(UERJ) O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, é uma base fraca pouco solúvel em água, apresentando constante de produto de solubilidade, KPS, igual a 4 . 1012. Uma suspensão dessa base em água é conhecida comercialmente como “leite de magnésia”, sendo comumente usada no tratamento de acidez no estômago. Calcule, em mol/L, a solubilidade do Mg(OH)2, numa solução dessa base.”

Resolução:

KPS = [Mg2+]. [OH-]2
4 . 1012 = x . (2x)2
x . (2x)2= 4 . 1012
x . 4x2= 4 . 1012
4x3 = 4 . 1012
x3 = 4 . 1012           4

x3 = 1012

x = 10-4 mol/L

Observe na expressão do produto de solubilidade (KPS) que essa grandeza é diretamente proporcional à concentração dos íons em solução. Isso quer dizer que o KPS nos indica se um composto será mais ou menos solúvel em água. Quanto mais íons em solução, mais solúvel é a substância e maior é o KPS e vice-versa.

Mas essa afirmativa é verdadeira para sais ou bases que são similares, ou seja, que, ao se dissociarem em solução aquosa, liberam para o meio a mesma quantidade de íons. Por exemplo, observe os dois compostos a seguir:

KPS (BaSO4) = 1,1 . 10-10

KPS (CaSO4 ) = 7,1 . 10-5

Observe que esses dois sais são de mesma natureza, ou seja, ambos liberam em solução aquosa um cátion e um ânion. Assim, podemos definir qual dos dois é mais solúvel observando apenas o valor do KPS. Veja que, observando somente a potência de 10, chegamos à conclusão de que o KPS do CaSO4 é maior, portanto, ele é mais solúvel que o BaSO4.

Agora quando os compostos liberam quantidades diferentes de íons no meio, é preciso calcular a solubilidade de cada um a partir do KPS, como foi feito no exemplo 2, e comparar os resultados.

Com esses cálculos, podemos fazer a seguinte relação entre o produto de solubilidade (KPS) e o produto iônico.

* Produto iônico = KPS → solução saturada;

* Produto iônico < KPS → solução insaturada;

* Produto iônico > KPS → solução saturada com corpo de fundo (ou solução supersaturada, o que é menos provável).

Se você tem dúvidas sobre esses tipos de soluções, leia o texto Solubilidade e Saturação.

A solubilidade, ou coeficiente de solubilidade, é uma propriedade física da matéria que é sempre determinada de forma prática em laboratório. Ela está relacionada com a capacidade que um material, denominado de soluto, apresenta de ser dissolvido por outro, o solvente.

Quanto à solubilidade, os solutos podem ser classificados da seguinte forma:

• Solúveis: aqueles que se dissolvem no solvente. O cloreto de sódio (soluto), por exemplo, é solúvel na água (solvente);

• Pouco solúveis: aqueles que apresentam dificuldade de se dissolver no solvente. É o caso do hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] (soluto) em água;

• Insolúveis: aqueles não se dissolvem no solvente. A areia (soluto), por exemplo, é insolúvel na água.

A solubilidade está muito associada ao preparo de soluções (misturas homogêneas), já que, para obtermos uma solução, é fundamental que o soluto utilizado seja solúvel no solvente.

Fatores que influenciam a solubilidade

Mesmo quando o soluto é solúvel no solvente, existem alguns fatores que podem influenciar a capacidade de dissolução do soluto. São eles:

a) Relação entre a quantidade de soluto e de solvente

O solvente sempre possui um limite de soluto que consegue dissolver. Se aumentarmos a quantidade de solvente, mantendo a quantidade de soluto, o solvente tende a dissolver todo o soluto utilizado.

b) Temperatura

A temperatura é o único fator físico capaz de modificar a solubilidade de um solvente com relação a um determinado soluto. Essa modificação depende da natureza do soluto, como veremos a seguir:

• Soluto endotérmico: é aquele que conseguimos dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura maior que a temperatura ambiente. Quanto mais quente estiver o solvente, mais soluto será dissolvido.

Exemplo: É possível dissolver uma maior quantidade de café em pó quando a água está quente.

• Soluto exotérmico: é aquele que conseguimos dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura menor que a temperatura ambiente. Quanto mais frio estiver o solvente, mais soluto será dissolvido.

Exemplo: É possível dissolver uma maior quantidade de gás carbônico quando o refrigerante está gelado.

Formas de determinar a solubilidade

Como a solubilidade é uma propriedade determinada de forma experimental, os materiais, de forma geral, já tiveram suas solubilidades avaliadas nos mais diferentes solventes. Assim, podemos ter acesso à solubilidade de um soluto em certo solvente da seguinte forma:

a) Análise de uma tabela

Muitas vezes, o estudante pode deparar-se com a solubilidade a partir da interpretação de uma tabela. Veja o exemplo a seguir:

Exemplo: (UEPG - adaptada) A tabela abaixo apresenta a solubilidade do sal Li2CO3 em 100 gramas de água.

A tabela apresenta os valores da massa em gramas de Li2CO3 que pode ser dissolvida em 100 gramas de água, de 0 oC a 50 oC. Podemos observar que, quanto mais quente está a água, menos Li2CO3 dissolve-se. Assim sendo, o Li2CO3 é um soluto exotérmico (será mais dissolvido se a água estiver fria).

b) Análise de um gráfico

A solubilidade pode ser avaliada pela interpretação de um gráfico. Para isso, basta determinar a temperatura, ligá-la até a curva e, em seguida, ligar a curva até o eixo y, que é a massa em gramas de soluto que será dissolvida.

Exemplo: (UFTM - adaptada) O gráfico apresenta a curva de solubilidade de um sal AX2.

O gráfico diz que, no eixo y, a quantidade de água (solvente) é de 100 gramas. Para o soluto AX2, determinaremos a quantidade de água nas seguintes temperaturas:

• 30oC: Quando ligamos a temperatura 30oC até a curva e, em seguida, a curva até o eixo y, temos que, nessa temperatura, os 100 gramas de água conseguem dissolver, aproximadamente, 35 gramas do soluto AX2.

Determinação da solubilidade do AX2 a 30oC

• 40oC: Quando ligamos a temperatura 40oC até a curva e, em seguida, a curva até o eixo y, temos que, nessa temperatura, os 100 gramas de água conseguem dissolver, aproximadamente, 45 gramas do soluto AX2.

Determinação da solubilidade do AX2 a 40oC

Como a quantidade dissolvida de soluto é maior a cada aumento na temperatura, temos que o AX2 é um soluto endotérmico.

c) Interpretação textual

Veja o exemplo a seguir:

Exemplo: (PUC-MG) Determinadas substâncias são capazes de formar misturas homogêneas com outras substâncias. A substância que está em maior quantidade é denominada solvente e a que se encontra em menor quantidade é denominada de soluto. O cloreto de sódio (NaCl) forma solução homogênea com a água, em que é possível solubilizar, a 20ºC, 36 g de NaCl em 100 g de água.

O texto informa que, se tivermos 100 gramas de água (solvente), a uma temperatura de 20 oC, é possível dissolver até 36 gramas de NaCl.

Por Me. Diogo Lopes Dias