Il precipitato 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 piogge e nevicate, in questo tipo di precipitazione “piove solido” dalla superficie del liquido.
In due soluzioni omogenee gli ioni vengono sciolti in acqua. Quando questi interagiscono con altri ioni (al momento della miscelazione), le loro interazioni elettrostatiche consentono la crescita di un cristallo o di un solido gelatinoso. A causa dell'effetto 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 natura delle specie intervenute alla temperatura dell'acqua e al tempo di contatto consentito del solido con l'acqua.
Inoltre, non tutti gli ioni sono in grado di stabilire questo equilibrio, o qual è lo stesso, non tutti possono saturare la soluzione a concentrazioni molto basse. Ad esempio, per precipitare NaCl, è necessario far evaporare l'acqua o aggiungere altro sale.
Una soluzione satura significa che non può dissolversi più solido, quindi precipita. È per questo motivo che la precipitazione è anche un chiaro segno che la soluzione è satura.
Reazione di precipitazione
Considerando una soluzione con ioni A disciolti e l'altra con ioni B, quando miscelati, l'equazione chimica della reazione prevede:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Tuttavia, è "quasi" impossibile che A e B siano inizialmente soli, necessitando necessariamente di essere accompagnati da altri ioni con cariche opposte.
In questo caso, A + forma un composto solubile con la C - specie , e B - fa lo stesso con la D + specie . Pertanto, 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 - sposta B - per formare il solido solubile DC.
Cioè, si verificano doppi spostamenti (reazione di metatesi). Quindi la reazione di precipitazione è una reazione di spostamento del doppio ione.
Per l'esempio nell'immagine sopra, il becher contiene cristalli d'oro di piombo (II) ioduro (PbI 2 ), un prodotto della cosiddetta reazione "pioggia dorata":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Secondo l'equazione precedente, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + e B = I - .
Formazione del precipitato
Le pareti del becher mostrano l'acqua condensata dal calore intenso. A che scopo viene riscaldata l'acqua? Per rallentare il processo di formazione dei cristalli PbI 2 e accentuare l'effetto della pioggia dorata.
Quando si incontrano due I - anioni , il catione Pb 2+ forma un minuscolo nucleo di tre ioni, che non è sufficiente per costruire un cristallo. Allo stesso modo, in altre regioni della soluzione si raccolgono anche altri ioni per formare nuclei; Questo processo è noto come nucleazione.
Questi nuclei attraggono altri ioni e quindi cresce per formare particelle colloidali, responsabili della nuvolosità gialla della soluzione.
Allo stesso modo, queste particelle interagiscono con altre per causare coaguli, e questi coaguli con altri, per originare finalmente il precipitato.
Tuttavia, quando ciò si verifica, il precipitato è gelatinoso, con accenni luminosi di alcuni cristalli che "vagano" nella 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 sovrasatura, cosa che si ottiene aumentando la temperatura prima della precipitazione.
Pertanto, quando la soluzione si raffredda, i nuclei hanno tempo sufficiente per crescere. Inoltre, poiché la concentrazione dei sali non è molto elevata, la temperatura controlla il processo di nucleazione. Di conseguenza, entrambe le variabili avvantaggiano l'aspetto dei cristalli di PbI 2 .
Prodotto di solubilità
PbI 2 stabilisce un equilibrio tra esso e gli ioni in soluzione:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (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 compongono il solido:
K ps = 2
Qui il solido è costituito dagli ioni espressi nell'equazione; tuttavia, non considera il solido in questi calcoli.
Le concentrazioni di ioni Pb 2+ e I - ioni sono uguali alla solubilità di PbI 2 . Cioè determinando la solubilità di uno di questi si può calcolare quella dell'altro e la costante K ps .
A cosa servono i valori K ps per i composti a bassa solubilità in acqua? È una misura del grado di insolubilità del composto a una certa temperatura (25ºC). Quindi, più è piccolo un K ps , più è insolubile.
Pertanto, confrontando questo valore 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 da richiedere concentrazioni più elevate di D + o C - in soluzione per precipitare .
Questa è la chiave di ciò che è noto come precipitazione frazionata. Allo stesso modo, conoscendo il K ps per un sale insolubile, si può calcolare la quantità minima per precipitarlo in un litro d'acqua.
Tuttavia, nel caso di KNO 3 non esiste un tale equilibrio, quindi manca K ps . In effetti, è un sale altamente 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 dorata) sono:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
L'immagine in alto illustra la formazione del precipitato di cloruro d'argento bianco. In generale, la maggior parte dei composti d'argento ha colori bianchi.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Si forma un precipitato bianco di solfato di bario.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Si forma il precipitato bluastro del solfato di rame bibasico (II).
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Il precipitato arancione delle forme cromate d'argento.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Si forma il precipitato bianco di carbonato di calcio, noto anche come calcare.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Infine, si forma il precipitato arancione di idrossido di ferro (III). In questo modo, le reazioni di precipitazione producono qualsiasi composto.
Riferimenti
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