Le précipité ou précipitation chimique est un procédé qui consiste en la formation d'un solide insoluble à partir du mélange de deux solutions homogènes. Contrairement aux précipitations des pluies et des neiges, dans ce type de précipitations «il pleut du solide» à la surface du liquide.
Dans deux solutions homogènes, les ions sont dissous dans l'eau. Lorsque ceux-ci interagissent avec d'autres ions (au moment du mélange), leurs interactions électrostatiques permettent la croissance d'un cristal ou d'un solide gélatineux. Sous l'effet de la gravité, ce solide finit par se déposer sur le fond du verre.
Les précipitations sont régies par un équilibre ionique, qui dépend de nombreuses variables: de la concentration et de la nature des espèces intervenantes à la température de l'eau et au temps de contact autorisé du solide avec l'eau.
De plus, tous les ions ne sont pas capables d'établir cet équilibre, ou ce qui est le même, tous ne peuvent pas saturer la solution à de très faibles concentrations. Par exemple, pour précipiter NaCl, il est nécessaire d'évaporer l'eau ou d'ajouter plus de sel.
Une solution saturée signifie qu'elle ne peut plus se dissoudre, donc elle précipite. C'est pour cette raison que la précipitation est également un signe clair que la solution est saturée.
Réaction de précipitation
En considérant une solution avec des ions A dissous et l'autre avec des ions B, lorsqu'elle est mélangée, l'équation chimique de la réaction prédit:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Cependant, il est "presque" impossible pour A et B d'être seuls au départ, devant nécessairement être accompagnés d'autres ions de charges opposées.
Dans ce cas, A + forme un composé soluble avec l'espèce C - et B - fait de même avec l'espèce D +. Ainsi, l'équation chimique ajoute maintenant la nouvelle espèce:
CA (CA) + DB (CA) <=> AB (s) + CC (CA)
L'espèce A + déplace l'espèce D + pour former un solide AB; à son tour, l'espèce C - déplace B - pour former le solide soluble DC.
Autrement dit, des doubles déplacements se produisent (réaction de métathèse). La réaction de précipitation est donc une réaction de déplacement d'ions double.
Pour l'exemple de l'image ci-dessus, le bécher contient des cristaux d'or d'iodure de plomb (II) (PbI 2), un produit de la réaction dite de la «douche dorée»:
Pb (NO 3) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Selon l'équation précédente, A = Pb 2+, C - = NO 3 -, D = K + et B = I -.
Formation du précipité
Les parois du bécher montrent l'eau condensée de la chaleur intense. Dans quel but l'eau est-elle chauffée? Pour ralentir le processus de formation des cristaux PbI 2 et accentuer l'effet de la douche dorée.
Lorsqu'il rencontre deux anions I -, le cation Pb 2+ forme un petit noyau de trois ions, ce qui n'est pas suffisant pour construire un cristal. De même, dans d'autres régions de la solution, d'autres ions se rassemblent également pour former des noyaux; Ce processus est connu sous le nom de nucléation.
Ces noyaux attirent d'autres ions, et ainsi il se développe pour former des particules colloïdales, responsables du trouble jaune de la solution.
De la même manière, ces particules interagissent avec d'autres pour provoquer des caillots, et ces caillots avec d'autres, pour finalement engendrer le précipité.
Cependant, lorsque cela se produit, le précipité est gélatineux, avec des notes brillantes de certains cristaux «errant» à travers la solution. En effet, le taux de nucléation est supérieur à la croissance des noyaux.
D'autre part, la croissance maximale d'un noyau se reflète dans un cristal brillant. Pour garantir ce cristal, la solution doit être légèrement sursaturée, ce qui est obtenu en augmentant la température avant la précipitation.
Ainsi, à mesure que la solution refroidit, les noyaux ont suffisamment de temps pour se développer. De plus, comme la concentration des sels n'est pas très élevée, la température contrôle le processus de nucléation. Par conséquent, les deux variables bénéficient à l'apparence des cristaux de PbI 2.
Produit de solubilité
PbI 2 établit un équilibre entre lui et les ions en solution:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
La constante de cet équilibre est appelée constante du produit de solubilité, K ps. Le terme «produit» désigne la multiplication des concentrations des ions qui composent le solide:
K ps = 2
Ici, le solide est constitué des ions exprimés dans l'équation; cependant, il ne tient pas compte du solide dans ces calculs.
Les concentrations en ions Pb 2+ et I - sont égales à la solubilité de PbI 2. C'est-à-dire qu'en déterminant la solubilité de l'un, celle de l'autre et la constante K ps peuvent être calculées.
À quoi servent les valeurs de K ps pour les composés faiblement solubles dans l'eau? C'est une mesure du degré d'insolubilité du composé à une certaine température (25 ° C). Ainsi, plus un K ps est petit, plus il est insoluble.
Par conséquent, en comparant cette valeur à celles d'autres composés, on peut prédire quelle paire (par exemple, AB et DC) précipitera en premier. Dans le cas du composé hypothétique DC, son K ps peut être si élevé qu'il nécessite des concentrations plus élevées de D + ou C - en solution pour précipiter.
C'est la clé de ce que l'on appelle les précipitations fractionnées. De même, connaissant le K ps pour un sel insoluble, la quantité minimale pour le précipiter dans un litre d'eau peut être calculée.
Cependant, dans le cas de KNO 3, il n'y a pas un tel équilibre, donc il manque K ps. En fait, c'est un sel hautement soluble dans l'eau.
Exemples
Les réactions de précipitation sont l'un des processus qui enrichissent le monde des réactions chimiques. Quelques exemples supplémentaires (en plus de la douche dorée) sont:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
L'image du haut illustre la formation du précipité de chlorure d'argent blanc. En général, la plupart des composés d'argent ont des couleurs blanches.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Un précipité blanc de sulfate de baryum se forme.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Le précipité bleuâtre de sulfate de cuivre dibasique (II) se forme.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Le précipité orange de chromate d'argent se forme.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Le précipité blanc de carbonate de calcium, également appelé calcaire, se forme.
Fe (NO 3) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Enfin, le précipité orange d'hydroxyde de fer (III) se forme. De cette manière, les réactions de précipitation produisent n'importe quel composé.
Références
- Day, R. et Underwood, A. Chimie analytique quantitative (5e éd.). PEARSON Prentice Hall, p 97-103.
- Der Kreole. (6 mars 2011). Pluie d'or.. Extrait le 18 avril 2018 de: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (9 avril 2017). Définition de la réaction de précipitation. Extrait le 18 avril 2018 de: thinkco.com
- Principe de le Châtelier: Réactions aux précipitations. Extrait le 18 avril 2018 de: digipac.ca
- Prof. Botch. Réactions chimiques I: équations ioniques nettes. Extrait le 18 avril 2018 de: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8 octobre 2012). Chlorure d'argent (AgCl).. Extrait le 18 avril 2018 de: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck et Stanley. Chimie. (8e éd.). CENGAGE Learning, p 150, 153, 776-786.