Precipitat sau precipitare chimică este un proces care constă în formarea unui solid insolubil din amestecul a două soluții omogene. Spre deosebire de precipitațiile ploilor și ninsorilor, în acest tip de precipitații „plouă solid” de la suprafața lichidului.
În două soluții omogene se dizolvă ionii în apă. Atunci când acestea interacționează cu alți ioni (în momentul amestecării), interacțiunile lor electrostatice permit creșterea unui cristal sau a unui solid gelatinos. Datorită efectului gravitației, acest solid sfârșește prin depunerea pe fundul materialului de sticlă.
Precipitația este guvernată de un echilibru ionic, care depinde de multe variabile: de la concentrația și natura speciilor interveniente la temperatura apei și timpul de contact admis al solidului cu apa.
În plus, nu toți ionii sunt capabili să stabilească acest echilibru sau, ceea ce este același, nu toți pot satura soluția la concentrații foarte mici. De exemplu, pentru a precipita NaCl, este necesară evaporarea apei sau adăugarea mai multă sare.
O soluție saturată înseamnă că nu se mai poate dizolva, deci se precipită. Din acest motiv, precipitațiile sunt, de asemenea, un semn clar că soluția este saturată.
Reacție de precipitare
Având în vedere o soluție cu ioni A dizolvați, iar cealaltă cu ioni B, atunci când este amestecată, ecuația chimică a reacției prezice:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Cu toate acestea, este „aproape” imposibil ca A și B să fie singurele inițial, neapărat trebuind însoțite de alți ioni cu sarcini opuse.
În acest caz, A + formează un compus solubil cu C - specie și B - face același lucru cu D + specii . Astfel, ecuația chimică adaugă acum noua specie:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (e) + DC (ac)
Specia A + deplasează Specia D + pentru a forma AB solid; la rândul său, specia C - înlocuiește B - pentru a forma DC solid solubil.
Adică au loc deplasări duble (reacție de metateză). Deci, reacția de precipitare este o reacție de deplasare a ionilor duble.
Pentru exemplul din imaginea de mai sus, paharul conține cristale de aur de iodură de plumb (II) (PbI 2 ), un produs al așa-numitei reacții de „duș de aur”:
Pb (NU 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Conform ecuației anterioare, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + și B = I - .
Formarea precipitatului
Pereții paharului prezintă apă condensată de la căldura intensă. În ce scop este încălzită apa? Pentru a încetini procesul de formare a cristalelor PbI 2 și a accentua efectul dușului auriu.
La întâlnirea doi I - anioni , Pb 2+ cationice formulare un nucleu mic de trei ioni, care nu este suficient pentru a construi un cristal. De asemenea, în alte regiuni ale soluției se adună și alți ioni pentru a forma nuclei; Acest proces este cunoscut sub numele de nucleare.
Acești nuclei atrag alți ioni și astfel crește formând particule coloidale, responsabile pentru tulburarea galbenă a soluției.
În același mod, aceste particule interacționează cu altele pentru a cauza cheaguri, iar aceste cheaguri cu altele, pentru a crea în cele din urmă precipitatul.
Cu toate acestea, atunci când se produce acest lucru, precipitatul este gelatinos, cu indicii luminoase ale unor cristale „rătăcind” prin soluție. Acest lucru se datorează faptului că rata de nucleare este mai mare decât creșterea nucleelor.
Pe de altă parte, creșterea maximă a unui nucleu se reflectă într-un cristal strălucitor. Pentru a garanta acest cristal, soluția trebuie să fie ușor suprasaturată, ceea ce este obținut prin creșterea temperaturii înainte de precipitare.
Astfel, pe măsură ce soluția se răcește, nucleele au suficient timp pentru a crește. Mai mult, deoarece concentrația sărurilor nu este foarte mare, temperatura controlează procesul de nucleare. În consecință, ambele variabile beneficiază de apariția cristalelor PbI 2 .
Produs de solubilitate
PbI 2 stabilește un echilibru între acesta și ionii în soluție:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Constanta acestui echilibru se numește constanta produsului de solubilitate, K ps . Termenul "produs" se referă la înmulțirea concentrațiilor ionilor care alcătuiesc solidul:
K ps = 2
Aici solidul este format din ioni exprimați în ecuație; cu toate acestea, nu consideră solidul din aceste calcule.
Concentrațiile de Pb 2+ ionilor și I - ionii sunt egale cu solubilitatea PbI 2 . Adică, determinând solubilitatea uneia dintre acestea, cea a celuilalt și constanta K ps pot fi calculate .
Care sunt valorile K ps pentru compușii solubili în apă scăzută? Este o măsură a gradului de insolubilitate a compusului la o anumită temperatură (25ºC). Astfel, cu cât este mai mic un K ps , cu atât este mai insolubil.
Prin urmare, comparând această valoare cu cele ale altor compuși, se poate prevedea care pereche (de exemplu, AB și DC) vor precipita mai întâi. În cazul compusului ipotetic DC, K ps-ul său poate fi atât de mare încât necesită concentrații mai mari de D + sau C - în soluție pentru a precipita .
Aceasta este cheia pentru ceea ce este cunoscut sub numele de precipitații fracționate. De asemenea, cunoscând K ps pentru o sare insolubilă, se poate calcula cantitatea minimă pentru a o precipita într-un litru de apă.
Cu toate acestea, în cazul KNO 3 nu există un astfel de echilibru, deci îi lipsește K ps . De fapt, este o sare extrem de solubilă în apă.
Exemple
Reacțiile de precipitare sunt unul dintre procesele care îmbogățesc lumea reacțiilor chimice. Câteva exemple suplimentare (pe lângă dușul auriu) sunt:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Imaginea de sus ilustrează formarea precipitatului alb de clorură de argint. În general, majoritatea compușilor argintii au culori albe.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Se formează un precipitat alb de sulfat de bariu.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Precipitatul albăstrui al sulfatului de cupru dibazic (II).
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Precipitatul portocaliu formează cromat de argint.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCI (aq)
Se formează precipitatul alb de carbonat de calciu, cunoscut și sub denumirea de calcar.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
În cele din urmă, se formează precipitatul portocaliu de hidroxid de fier (III). În acest fel, reacțiile de precipitare produc orice compus.
Referințe
- Day, R., & Underwood, A. Chimie analitică cantitativă (ediția a 5-a). PEARSON Prentice Hall, p 97-103.
- Der Kreole. (6 martie 2011). Ploaie de aur. . Preluat pe 18 aprilie 2018, de pe: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, doctorat. (9 aprilie 2017). Reacția de precipitare Definiție. Preluat pe 18 aprilie 2018, de pe: thinkco.com
- Principiul le Châtelier: Reacții de precipitare. Preluat pe 18 aprilie 2018, de pe: digipac.ca
- Prof. Botch. Reacții chimice I: Ecuații ionice nete. Preluat pe 18 aprilie 2018, de la: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8 octombrie 2012). Clorura de argint (AgCl). . Preluat pe 18 aprilie 2018, de pe: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p 150, 153, 776-786.