El precipitat o precipitació química és un procés que consisteix en la formació d'un sòlid insoluble a partir de la barreja de dues solucions homogènies. A diferència de la precipitació de les pluges i de les neus, en aquest tipus de precipitació "plou sòlid" des de la superfície de el líquid.
En dues solucions homogènies estan dissolts ions en aigua. Quan aquests interaccionen amb altres ions (en el moment de l'barrejat), les seves interaccions electrostàtiques permeten el creixement d'un cristall o d'un sòlid gelatinós. Per efecte de la gravetat, aquest sòlid acaba dipositant-se en el fons de l'material de vidre.
La precipitació està regida per un equilibri iònic, el qual depèn de moltes variables: des de la concentració i naturalesa de les espècies que intervenen fins a la temperatura d'l'aigua i el temps de contacte permès de el sòlid amb l'aigua.
Addicionalment, no tots els ions són capaços d'establir aquest equilibri, o el que és el mateix, no tots poden saturar la solució a concentracions molt baixes. Per exemple, per precipitar el NaCl és necessària l'evaporació de l'aigua o afegir majors quantitat de sal.
Una solució saturada vol dir que ja no pot dissoldre més sòlid, de manera que aquest precipita. És per aquesta raó que la precipitació és, així mateix, un clar senyal que la solució està saturada.
Reacció de precipitació
Considerant una solució amb ions A dissolts i l'altra amb ions B, a l'barrejar l'equació química de la reacció prediu:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
No obstant això, és "gairebé" impossible que A i B estiguin sols inicialment, necessitant obligatòriament estar acompanyats d'altres ions amb càrregues oposades.
En aquest cas, A + forma un compost soluble amb l'espècie C -, i B - fa el mateix amb l'espècie D +. Així, l'equació química afegeix ara les noves espècies:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
L'espècie A + desplaça a l'espècie D + per formar el sòlid AB; al seu torn, l'espècie C - desplaça a B - per formar el sòlid soluble DC.
És a dir, ocorren dobles desplaçaments (reacció de metàtesi). Llavors, la reacció de precipitació és una reacció de doble desplaçament iònic.
Per a l'exemple de la imatge superior, el got de precipitat conté cristalls daurats de iodur de plom (II) (PbI 2), producte de la reacció coneguda «pluja d'or»:
Pb (NO 3) 2 (aq) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Segons l'equació anterior, A = Pb 2+, C - = NO 3 -, D = K + i B = I -.
Formació de l'precipitat
Les parets del vas de precipitat mostren aigua condensada producte de la intensa calor. Amb quina finalitat s'escalfa l'aigua? Per alentir el procés de formació dels cristalls de PbI 2 i accentuar l'efecte de la pluja d'or.
A l'trobar-amb dos anions I -, el catió Pb 2+ forma un nucli diminut de tres ions, el qual no és suficient per construir un vidre. Així mateix, en altres regions de la solució altres ions es reuneixen també per formar nuclis; aquest procés es coneix com nucleació.
Aquests nuclis atrauen altres ions, i així va creixent fins a formar partícules col·loïdals, responsables de l'enterboliment groc de la solució.
De la mateixa manera, aquestes partícules interaccionen amb altres per originar coàguls, i aquests coàguls amb altres, per finalment originar el precipitat.
No obstant això, quan això passa el precipitat resulta d'el tipus gelatinós, amb aspectes brillants d'alguns vidres "errant" per la solució. Això és a causa que la velocitat de nucleació és més gran que el creixement dels nuclis.
D'altra banda, el màxim creixement d'un nucli es veu reflectit en un brillant vidre. Per garantir aquest cristall, la solució ha d'estar lleugerament sobresaturada, la qual cosa s'aconsegueix augmentant la temperatura prèvia a la precipitació.
Així, a mesura que es refreda la solució, els nuclis tenen temps suficient per créixer. A més, com la concentració de les sals no és molt alta, la temperatura controla el procés de nucleació. En conseqüència, ambdues variables beneficien l'aparició dels cristalls de PbI 2.
Producte de solubilitat
El PbI 2 estableix un equilibri entre aquest i els ions en solució:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (aq) + 2I - (ac)
La constant d'aquest equilibri rep el nom de constant de producte de solubilitat, K ps. El terme «producte» fa referència a la multiplicació de les concentracions dels ions que componen el sòlid:
K ps = 2
Aquí el sòlid està compost pels ions expressats en l'equació; però, aquesta no considera el sòlid en aquests càlculs.
Les concentracions dels ions Pb 2+ i els ions I - són iguals a la solubilitat de l'PbI 2. És a dir, determinant la solubilitat d'un aquests pot calcular la de l'altre i la constant K ps.
Per a què serveixen els valors de K ps per als compostos pocs solubles en aigua? És una mesura de el grau de insolubilitat de l'compost a determinada temperatura (25ºC). Així, com més petit sigui un K ps, més insoluble és.
Per tant, a l'comparar aquest valor enfront dels d'altres compostos, es pot predir quin parell (per exemple, AB i DC) precipitarà primer. En el cas de l'compost hipotètic DC, la seva K ps pot ser que sigui tan alta que per precipitar necessita de concentracions majors de D + o de C - en solució.
Aquesta és la clau del que es coneix com precipitació fraccionada. Així mateix, coneixent el K ps per a una sal insoluble, es pot calcular la quantitat mínima per precipitar en un litre d'aigua.
No obstant això, per al cas de l'KNO 3 no existeix aquest equilibri, pel que manca de K ps. De fet, és una sal summament soluble en aigua.
exemples
Les reaccions de precipitació són un dels processos que enriqueixen el món de les reaccions químiques. Alguns exemples addicionals (a més del de la pluja d'or) són:
AgNO 3 (ac) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
La imatge superior il·lustra la formació de l'precipitat blanc de clorur de plata. En general, la majoria dels compostos de plata presenten colors blancs.
BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)
Es forma un precipitat blanc de sulfat de bari.
2CuSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Es forma el precipitat blavós de sulfat dibàsic de coure (II).
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)
Es forma el precipitat ataronjat de cromat de plata.
CaCl 2 (ac) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
Es forma el precipitat blanc de carbonat de calci, conegut també com calcària.
Fe (NO 3) març (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
Finalment, es forma el precipitat ataronjat d'hidròxid de ferro (III). D'aquesta manera, les reaccions de precipitació produeixen qualsevol compost.
referències
- Day, R., & Underwood, A. Química Analítica Quantitativa (cinquena ed.). PEARSON Prentice Hall, pàg 97-103.
- Der Kreole. (06 de març de 2011). Pluja d'or.. Recuperat el 18 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (09 de abril del 2017). Precipitation Reaction Definition. Recuperat el 18 d'abril de 2018, de: thoughtco.com
- li Chatelier 's Principle: Precipitation Reactions. Recuperat el 18 d'abril de 2018, de: digipac.ca
- Prof. Botch. Chemical Reactions I: Net ionic equations. Recuperat el 18 d'abril de 2018, de: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (08 d'octubre de 2012). Silver chloride (AgCl).. Recuperat el 18 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning, pàg 150, 153, 776-786.