Solubilità dei solfuri in ambiente acido: esercizi

I solfuri dei metalli alcalini e dei metalli alcalino-terrosi sono gli unici solfuri che presentano una discreta solubilità in acqua. I solfuri dei metalli di transizione sono scarsamente solubili come può essere rilevato dai bassissimi valori dei prodotti di solubilità.

Sono composti derivanti formalmente dall’acido solfidrico contenenti lo zolfo con numero di ossidazione -2. I solfuri possono essere di tipo inorganico ed avere formula M_xS o di tipo organico come di dialchilsolfuri R’SR’’detti anche tioeteri.

Prodotti di solubilità dei solfuri

Influenza del pH

La solubilità di un solfuro metallico poco solubile è influenzata dal pH.

Consideriamo l’equilibrio di dissociazione del solfuro MS:

MS_(s) ⇌ M²⁺_(aq) + S^2-_(aq)   (1)

Poiché l’acido solfidrico ha una costante acida relativa alla seconda dissociazione pari a 1.2 ∙ 10^-15 il solfuro è una base forte secondo l’equilibrio di idrolisi:

S^2- + H₂O ⇌ HS^– + OH^– (2)

la cui costante K_b = K_w/K_a2 = 10^-14/1.2 ∙ 10^-15 = 8.3

sommando la (1) e la (2) si ha:

MS_(s) + H₂O ⇌ S^2-+ HS^– + OH^–

Il prodotto di solubilità del solfuro MX può quindi essere espresso come:

K_ps = [S^2- ][HS^– ][OH^–]

Per il principio di Le Chatelier in ambiente acido vengono sottratti ioni OH^– e l’equilibrio si sposta a destra con conseguente maggiore solubilità di MX. All’aumentare della concentrazione di ioni H⁺e quindi al diminuire del pH la solubilità di MS aumenta.

Si consideri quindi la dissociazione di MS in ambiente acido:

MS_(s) + 2 H₃O⁺ ⇌ M²⁺+ H₂S + 2 H₂O

Il prodotto di solubilità in ambiente acido può essere quindi espresso come:

K_ps(acido) = [M²⁺] [H₂S]/[H₃O⁺]²

Detta s la solubilità di MS si ha: s = [M²⁺]= [H₂S]

Da cui:

K_ps(acido) = s ∙ s /[H₃O⁺]²= s²/[H₃O⁺]²

Ovvero:

s = [H₃O⁺]√K_ps(acido)

dove K_ps(acido) = K_ps/K_w∙K_a1^*

*se ne rimanda la dimostrazione alla fine dell’articolo

Essendo K_a1 di H₂S pari a 1.0 ∙ 10^-7 il prodotto K_w∙K_a1  = 1.0∙ 10^-14 ∙ 1.0 ∙ 10^-7 = 1.0 ∙ 10^-21

Esercizio

Calcolare la solubilità di FeS (K_ps = 8.0 ∙ 10^-19) a pH = 3 e a pH = 1

K_ps(acido) = 8.0 ∙ 10^-19/ 1.0 ∙ 10^-21= 800

A pH = 3 si ha che  [H₃O⁺]= 10^-3 M

s = [H₃O⁺]√K_ps(acido) = 10^-3  √800 = 0.028 M

A pH = 1 si ha che [H₃O⁺]= 10^-1 M

s = [H₃O⁺]√K_ps(acido) = 10^-1  √800 = 2.8 M

Ciò dimostra che al diminuire del pH la solubilità aumenta

* Si considerino i tre equilibri:

H₃O⁺ + HS^– ⇌ H₂S + H₂O la cui costante K è pari a 1/K_a1

H₃O⁺ + OH^– ⇌ 2 H₂O la cui costante K è pari a 1/K_w

MS + H₂O ⇌ M²⁺ + HS^– + OH^–  la cui costante è pari al K_ps

Sommando membro a membro e semplificando si ha:

MS_(s) + 2 H₃O⁺ ⇌ M²⁺+ H₂S + 2 H₂O

La cui costante K_ps(acido) = K_ps/K_w∙K_a1