Em um laboratório de química analítica, deseja-se separar seletivamente os cátions
e
de uma solução aquosa utilizando precipitação com íons sulfeto (
). Sabe-se que a solubilidade dos sulfetos desses metais depende fortemente do
da solução, conforme as seguintes constantes do produto de solubilidade (Kps):
- ZnS:
- CuS:
O ín sulfeto provém da dissociação do
, que apresenta as seguintes constantes de dissociação:
-
-
A) Determine o pH máximo para que
comece a precipitar.
B) Determine o pH mínimo para que
precipite sem precipitação simultânea de CuS.
C) Explique, com base nas equações de equilíbrio, como opH influencia a precipitação seletiva desses íons.
A) Determine o pH máximo para que
B) Determine o pH mínimo para que
C) Explique, com base nas equações de equilíbrio, como opH influencia a precipitação seletiva desses íons.
Passo 1
O enunciado pede que a gente encontre o pH em que começa a precipitar o sulfeto de cobre (S
Conteúdo: equilíbrio ácido-base de
S e condição de precipitação
.)
Passo 2
Escrevemos a fração de sulfeto livre
em função do pH. Seja
a concentração total de
S adicionada (assumimos
praticamente constante e grande frente a
). Então
Em particular, para valores de pH em que
e
, o termo dominante do denominador é
, e
Passo 3
Precipitação de CuS começa quando
Isolando
e igualando à expressão de
do
S:
Logo
Tomando
em ambos os lados e lembrando
, obtemos
portanto
Passo 4
De modo análogo, ZnS começa a precipitar quando
o que leva a
Passo 5
Interpretação qualitativa:
— Em pH muito baixo ([ ] grande), quase todo o enxofre está como
S ou H
, e [] é ínfima
nenhum sulfeto precipita.
— Ao subir o pH, [] cresce (~ /[
]
) e primeiro chega ao ponto em que
, precipitando CuS.
— Continuando a alcalinizar, [] aumenta ainda mais até que
, precipitando ZnS.
Como é muito menor, CuS exige menos para precipitar e “cai” primeiro. Ajustando o pH entre os valores do passo
e do passo
, separa-se C de Z seletivamente.
— Em pH muito baixo ([
— Ao subir o pH, [] cresce (~
— Continuando a alcalinizar, [] aumenta ainda mais até que
Como
Resposta
A)
B)
C) O pH determina a fração de
disponível pelo deslocamento dos equilíbrios
e
. Em pH mais alto há muito mais
, e um íon cujo
seja menor (CuS) precipita primeiro, permitindo que no intervalo de pH entre os dois valores só caia CuS, depois ZnS.