Ce este un precipitat în chimie?

În chimie , procesul de precipitare se referă fie la o reacție chimică , fie la un proces fizic prin care solubilitatea unei substanțe în soluție este redusă sau se formează un compus insolubil, după care se formează un solid din soluție suprasaturată. Solidul care se obține prin reacția de precipitare se numește „precipitat” .

În funcție de condițiile de precipitare, precipitatele formate pot fi substanțe pure sau amestecuri de diferite solide. Precipitațiile au aplicații multiple în diferite domenii ale chimiei, precum și în alte procese, cum ar fi purificarea apelor uzate. În continuare, este explicat procesul de formare a unui precipitat, ce factori îl afectează și cele mai importante aplicații ale acestui tip de solide.

Procesul de precipitare

Formarea unui precipitat depinde de o singură proprietate a unei substanțe: solubilitatea acesteia. Atâta timp cât concentrația unei substanțe este mai mică decât solubilitatea sa în solvent, nu se poate forma un precipitat. Procesul de formare a precipitatului începe atunci când, datorită adăugării unui agent de precipitare sau modificărilor unor condiții precum temperatura sau solventul, solubilitatea compusului scade sub solubilitatea sa.

În acel moment, soluția va fi într-o stare de suprasaturare, astfel încât solidul va începe să precipite până la atingerea concentrației de saturație, stabilindu-se astfel echilibrul de solubilitate.

La început se formează mii de particule solide mici și rămân în suspensie, dând soluției un aspect tulbure. Acest proces se numește nucleare. Aceste cristale minuscule cresc apoi și se leagă între ele printr-un proces numit floculare; asta se întâmplă până când greutatea lor îi târăște până jos, unde se așează.

După cum se poate observa în figură, solidul care se acumulează în partea de jos corespunde precipitatului, în timp ce soluția care rămâne deasupra se numește supernatant.

Produsul de solubilitate

Pentru compușii ionici, echilibrul de solubilitate este guvernat de reacția de dizolvare și disociere a compusului și de constanta sa de echilibru, care se numește constanta produsului de solubilitate. Aceasta poate fi, în general, reprezentată ca:

În această ecuație chimică , a și b reprezintă sarcinile cationului M ^a+ și respectiv anionului A ^b- , precum și coeficienții stoichiometrici ai lui A ^b- și M ^a+ . K _ps reprezintă constanta produsului de solubilitate.

Cunoscând concentrația ionilor în soluție, se poate prezice dacă se va forma sau nu un precipitat:

• Atunci când produsul concentrațiilor ionilor în soluție ridicat la coeficienții lor stoechiometrici este mai mic decât K _ps , atunci soluția este nesaturată și totuși admite dizolvarea a mai multă substanță dizolvată. În acest caz, nu se formează precipitat.
• Când respectivul produs este exact egal cu K _ps , atunci soluția este saturată . Nu admite mai mult dizolvat, dar nici nu se formează un precipitat, deoarece sistemul este în echilibru.
• Când produsul concentrațiilor depășește K _ps , atunci soluția este saturată și se formează un precipitat.

Tehnici de formare a precipitatelor

Pe baza celor de mai sus, este clar că există două modalități principale de a forma un precipitat dintr-o soluție inițial nesaturată: fie concentrația unuia sau a ambilor ioni implicați este crescută până când soluția este suprasaturată, fie valoarea constantei de echilibru. a reacţiei. Acest lucru se realizează de obicei în două moduri diferite:

Adăugarea de agenți de precipitare

Acest proces constă în adăugarea în soluție a unui compus care conține unul dintre cei doi ioni ai precipitatului pe care vrem să-l formăm. Pe măsură ce concentrația acestui ion crește, soluția va deveni în cele din urmă suprasaturată și precipitatul dorit va începe să se formeze.

Substanța care se adaugă pentru a stimula formarea precipitatului se numește agent de precipitare.

solubilitate scăzută

Cealaltă modalitate de a depăși solubilitatea compusului pe care dorim să-l precipităm este prin reducerea solubilității acestuia, ceea ce presupune reducerea constantei produsului de solubilitate. Acest lucru se poate face în două moduri:

• Schimbarea temperaturii . Deoarece majoritatea substanțelor dizolvate devin mai puțin solubile pe măsură ce temperatura scade, răcirea soluției ajută la formarea unui precipitat.
• Modificarea solventului . Aceasta constă în amestecarea lent a soluției cu un al doilea solvent care este miscibil cu primul, dar în care soluția este mai puțin solubilă. Pe măsură ce fracția celui de-al doilea solvent (care poate fi, de exemplu, un alcool) crește, solubilitatea soluției va scădea până când ajunge la saturație. După acest moment, se va forma precipitatul.

tipuri de precipitate

În funcție de dimensiunea particulelor solidului format și de proprietățile lor de sedimentare, se disting trei tipuri de precipitat.

precipitate cristaline

Sunt cele formate din particule solide cu forme regulate si bine definite, in general cu fete plate. De obicei, au dimensiuni mai mari de 100 nm. Acestea se separă de obicei rapid de lichidul supernatant datorită unei viteze mari de sedimentare.

precipitate brânzoase

Acestea sunt formate din particule între 10 și 100 nm în diametru. Ele nu pot fi separate prin filtrare, deoarece trec cu ușurință prin porii majorității filtrelor. Acest tip de precipitat dă un aspect tulbure soluției.

precipitate gelatinoase

După cum indică și numele, aspectul acestor precipitate conferă soluției o consistență gelatinoasă, de parcă ar fi o dulceață. Acest lucru se datorează faptului că particulele solide în suspensie sunt foarte mici (diametrul lor este mai mic de 10 nm) și sunt acoperite de mai multe straturi de molecule de solvent, ca un gel.

precipitare chimică

Un termen similar legat de utilizarea precipitatelor în chimie este procesul de „precipitare chimică”. Deși poate părea redundant, acest termen se referă de fapt în mod specific la utilizarea reacțiilor de precipitare în scopul eliminării impurităților din apă în timpul epurării apelor uzate.

În precipitarea chimică, agenții de precipitare, precum și floculanții și alți reactivi chimici sunt adăugați în cantități mari pentru a îndepărta metalele grele precum mercurul și plumbul, precum și alți contaminanți importanți.

Precipitarea chimică este un proces în mai multe etape care se desfășoară în 4 etape, care sunt:

1. Adăugarea agentului de precipitare și ajustarea pH-ului. Acesta este pasul care reduce solubilitatea contaminanților astfel încât aceștia să înceapă să precipite.
2. floculare. În general, după adăugarea precipitantului, poluantul nu precipită, ci formează în schimb o suspensie de particule solide mici. Flocularea constă în procesul de agregare a acestor particule mici pentru a forma particule mai mari care sunt mai ușor separate de soluția de supernatant.
3. Sedimentare. Odată ce s-au format flocuri sau particule solide de dimensiuni suficient de mari, apa este lăsată să se depună sau să curgă încet pentru a permite acestor particule să se depună la fund, lăsând soluția supernatantă liberă de orice contaminare.
4. Separarea solid-lichid. Ultima etapă a procesului constă în separarea, de regulă prin decantare, a nămolului cu precipitatul din apa purificată, care este deversat în mediu.

Aplicații ale precipitațiilor și precipitațiilor

Precipitația este folosită foarte frecvent în diferite ramuri ale chimiei în scopuri diferite. Chimia analitică, organică și anorganică beneficiază într-un fel de formarea precipitatelor. Să ne uităm la câteva exemple concrete.

Precipitate în chimia analitică

În chimia analitică, precipitatele sunt utilizate atât în ​​analiza calitativă, cât și în cea cantitativă.

Procesele analitice calitative utilizate pentru identificarea prezenței anumitor cationi și anioni într-o probă se bazează adesea pe formarea precipitatelor și pe identificarea corectă a acestora.

De exemplu, formarea unui precipitat de o culoare și nu de alta îi ajută pe chimiștii analitici să deducă ce cation este prezent în probă. Uneori, puteți chiar să spuneți în ce stare de oxidare se află cationul pe baza culorii sale și a altor proprietăți, deoarece acestea formează adesea săruri de culori semnificativ diferite.

În analiza cantitativă , precipitatele sunt la fel de importante. Analiza gravimetrică se bazează pe precipitarea cantitativă a unui analit dintr-o soluție de probă. Masa acestui precipitat face posibilă determinarea cu o bună precizie și acuratețe a cantității de analit menționat mai sus care a fost prezentă în probă.

Există și cazuri în care formarea unui precipitat marchează punctul final al unei titrari, ca în precipitații.

precipitate in chimia organica

Precipitații nu sunt mai puțin importante în chimia organică. Procesele de sinteză organică sunt aproape întotdeauna efectuate în soluție și, atunci când produsele dorite sunt solide la temperatura camerei, acestea sunt întotdeauna recuperate sub formă de precipitate. În plus, procesul de recristalizare, care este una dintre cele mai comune forme de purificare a solidelor în chimia organică, se bazează și pe dizolvarea, purificarea, precipitarea și filtrarea ulterioară a unui precipitat.

Precipitează în chimia anorganică

Multe procese sintetice din chimia anorganică se bazează și pe formarea precipitatelor. Multe reacții de sinteză a compușilor ionici și a altor compuși de coordonare ca săruri complexe constau în precipitarea unui cation cu utilizarea unui anion adecvat.

În plus, procesele de precipitare fracționată reprezintă și o metodă importantă de separare a anionilor și cationilor în soluție.

Exemple de precipitate

halogenuri de argint

Ionul de argint(I) formează săruri foarte insolubile cu toți halogenii. Din acest motiv, AgI, AgCl și AgBr sunt exemple de precipitate care apar în mod obișnuit în laboratorul de chimie.

carbonat de stronțiu

Una dintre modalitățile de a elimina stronțiul dintr-o soluție sau o apă uzată este precipitarea acestuia sub formă de carbonat de stronțiu (SrCO ₃ ) care este o sare foarte insolubilă.

hidroxid de antimoniu

Antimoniul este de obicei precipitat sub formă de hidroxid (Sb(OH) ₃ ) pur și simplu prin alcalinizarea soluției. Acest lucru se realizează prin adăugarea de hidroxid solubil ca agent de precipitare.

Tetrafenilborat de cesiu

Metalele alcaline sunt, în general, foarte greu de precipitat, deoarece marea majoritate a sărurilor lor sunt electroliți puternici, foarte solubili în apă. Cu toate acestea , cesiul poate _fi precipitat ca tetrafenilborat de cesiu ((C6H5 ₎ 4BCs ₎ .

sulfură de cupru

Ionul sulfură sub formă de sulfură de sodiu sau hidrogen sulfurat este un agent de precipitare popular, deoarece formează compuși foarte insolubili în mediu alcalin cu multe metale de tranziție. Un exemplu este sulfura de cupru (II). Acești compuși pot fi ulterior solubilizați într-un mediu acid.

Referințe

Chang, R. și Goldsby, K. (2015). Chimie ( ^ed . a XII-a). New York, New York: McGraw-Hill Education.

Skoog, DA, West, DM, Holler, J. și Crouch, SR (2021). Fundamentele de chimie analitică (ediția a 9-a). Boston, Massachusetts: Cengage Learning.

Striebig, BA (2005). Precipitații chimice. În Enciclopedia apei .

Wang, LK, Vaccari, DA, Li, Y. și Shammas, NK (2005). Precipitații chimice. Procese de tratament fizico-chimic, 141–197.  doi:10.1385/1-59259-820-x:141