Precipitato: reazione di precipitazione ed esempi
Precipitazione o precipitazione chimica è un processo che consiste nella formazione di un solido insolubile dalla miscela di due soluzioni omogenee. A differenza delle precipitazioni di pioggia e neve, in questo tipo di precipitazioni "piove a dirotto" dalla superficie del liquido.
In due soluzioni omogenee, gli ioni sono disciolti in acqua. Quando interagiscono con altri ioni (al momento della miscelazione), le loro interazioni elettrostatiche consentono la crescita di un cristallo o di un solido gelatinoso. Come conseguenza della gravità, questo solido finisce per depositarsi sul fondo del materiale di vetro.
La precipitazione è governata da un equilibrio ionico, che dipende da molte variabili: dalla concentrazione e dalla natura delle specie intervenienti alla temperatura dell'acqua e dal tempo di contatto consentito del solido con l'acqua.
Inoltre, non tutti gli ioni sono in grado di stabilire questo equilibrio, o quello che è lo stesso, non tutti possono saturare la soluzione a concentrazioni molto basse. Ad esempio, per precipitare il NaCl, è necessaria l'evaporazione dell'acqua o l'aggiunta di più sale.
Una soluzione satura significa che non può più dissolversi più solido, quindi precipita. È per questo motivo che le precipitazioni sono anche un chiaro segnale che la soluzione è satura.
Reazione di precipitazione
Considerando una soluzione con ioni disciolti e l'altro con ioni B, quando si mescola l'equazione chimica della reazione si prevede:
A + (ac) + B- (ac) AB (s)
Tuttavia, è "quasi" impossibile per A e B essere soli inizialmente, necessariamente per essere accompagnati da altri ioni con cariche opposte.
In questo caso, A + forma un composto solubile con la specie C-, e B- fa lo stesso con la specie D +. Quindi, l'equazione chimica ora aggiunge la nuova specie:
AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)
La specie A + sposta la specie D + per formare il solido AB; a sua volta, la specie C- disloca B- per formare la DC solubile solubile.
Cioè, si verificano doppi spostamenti (reazione di metatesi). Quindi, la reazione di precipitazione è una reazione di spostamento a doppio ione.
Per l'esempio nell'immagine sopra, il becher contiene cristalli d'oro di ioduro di piombo (II) (PbI 2 ), prodotto della reazione nota come "pioggia d'oro":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Secondo l'equazione precedente, A = Pb2 +, C- = NO 3 -, D = K + e B = I-.
Formazione di precipitazione
Le pareti del becher mostrano acqua condensata a causa del calore intenso. Per quale scopo è riscaldata l'acqua? Per rallentare il processo di formazione dei cristalli di PbI 2 e accentuare l'effetto della pioggia d'oro.
Quando incontrano due anioni, il catione Pb2 + forma un piccolo nucleo di tre ioni, che non è abbastanza per costruire un cristallo. Allo stesso modo, in altre regioni della soluzione si riuniscono anche altri ioni per formare nuclei; Questo processo è noto come nucleazione.
Questi nuclei attraggono altri ioni, e quindi crescono fino a formare particelle colloidali, responsabili del giallo annebbiamento della soluzione.
Allo stesso modo, queste particelle interagiscono con gli altri per causare coaguli, e questi coaguli con gli altri, per originare finalmente il precipitato.
Tuttavia, quando ciò accade, il precipitato risulta dal tipo gelatinoso, con cristalli luminosi di alcuni cristalli che "vagano" attraverso la soluzione. Questo perché la velocità di nucleazione è maggiore della crescita dei nuclei.
D'altra parte, la massima crescita di un nucleo si riflette in un cristallo brillante. Per garantire questo cristallo, la soluzione deve essere leggermente sovrasaturazione, che si ottiene aumentando la temperatura prima delle precipitazioni.
Quindi, quando la soluzione si raffredda, i nuclei hanno abbastanza tempo per crescere. Inoltre, poiché la concentrazione dei sali non è molto elevata, la temperatura controlla il processo di nucleazione. Di conseguenza, entrambe le variabili traggono vantaggio dall'aspetto dei cristalli PbI 2 .
Prodotto di solubilità
PbI 2 stabilisce un equilibrio tra questo e gli ioni in soluzione:
PbI 2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)
La costante di questo equilibrio è chiamata costante del prodotto di solubilità, K ps . Il termine "prodotto" si riferisce alla moltiplicazione delle concentrazioni degli ioni che costituiscono il solido:
K ps = [Pb2 +] [I-] 2
Qui il solido è composto dagli ioni espressi nell'equazione; tuttavia, non considera il solido in questi calcoli.
Le concentrazioni di ioni Pb2 + e ioni I sono uguali alla solubilità di PbI 2 . Cioè, determinando la solubilità di uno di questi si può calcolare quello dell'altro e la costante K ps .
Quali sono i valori di K ps per i pochi composti idrosolubili? È una misura del grado di insolubilità del composto ad una certa temperatura (25 ° C). Quindi, più piccolo è un K ps, più è insolubile.
Pertanto, quando questo valore viene confrontato con quelli di altri composti, è possibile prevedere quale coppia (ad esempio, AB e DC) precipiterà per prima. Nel caso dell'ipotetico composto DC, il suo K ps può essere così alto che per precipitare ha bisogno di concentrazioni più elevate di D + o C- in soluzione.
Questa è la chiave di ciò che è noto come precipitazione frazionata. Inoltre, conoscendo la K ps per un sale insolubile, si può calcolare la quantità minima per farla precipitare in un litro di acqua.
Tuttavia, nel caso di KNO 3 non esiste un tale equilibrio, quindi manca di K ps . In effetti, è un sale estremamente solubile in acqua.
Esempi
Le reazioni di precipitazione sono uno dei processi che arricchiscono il mondo delle reazioni chimiche. Alcuni esempi aggiuntivi (oltre alla pioggia d'oro) sono:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
L'immagine in alto illustra la formazione del precipitato bianco del cloruro d'argento. In generale, la maggior parte dei composti d'argento ha colori bianchi.
BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (ac) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)
Si forma un precipitato bianco di solfato di bario.
2CONSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (ac)
Si forma il precipitato bluastro del solfato dibasico di rame (II).
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)
Si forma il precipitato arancione del cromato d'argento.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
Si forma il precipitato bianco di carbonato di calcio, noto anche come calcare.
Fe (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
Infine, si forma il precipitato arancione dell'idrossido di ferro (III). In questo modo, le reazioni di precipitazione producono qualsiasi composto.
