La précipitation est la création d'un solide à partir d'une solution. Initialement, la réaction se produit à l'état liquide, après quoi une certaine substance se forme, appelée "précipité". Le composant chimique qui provoque sa formation a un terme scientifique tel que "précipitateur". Sans une gravité (décantation) suffisante pour réunir les particules dures, le sédiment reste en suspension.
Après décantation, en particulier lors de l'utilisation d'une centrifugeuse compacte, la décantation peut être appelée "granule". Il peut être utilisé comme médium. Le liquide qui reste au-dessus du solide sans précipitation est appelé le "surnageant". Les précipitations sont des poudres obtenues à partir de roches résiduelles. Ils ont également été historiquement connus sous le nom de "fleurs". Lorsque le solide se présente sous la forme de fibres de cellulose traitées chimiquement, ce processus est souvent appelé régénération.
Solubilité des éléments
Parfois, la formation d'un précipité indique la survenue d'une réaction chimique. Si unla précipitation des solutions de nitrate d'argent est versée dans un liquide de chlorure de sodium, puis une réflexion chimique se produit avec la formation d'un précipité blanc à partir du métal précieux. Lorsque l'iodure de potassium liquide réagit avec le nitrate de plomb(II), un précipité jaune d'iodure de plomb(II) se forme.
Des précipitations peuvent se produire si la concentration d'un composé dépasse sa solubilité (par exemple, lors du mélange de différents composants ou du changement de leur température). Une précipitation complète ne peut se produire rapidement qu'à partir d'une solution sursaturée.
Dans les solides, un processus se produit lorsque la concentration d'un produit est supérieure à la limite de solubilité dans un autre corps hôte. Par exemple, en raison d'un refroidissement rapide ou d'une implantation ionique, la température est suffisamment élevée pour que la diffusion puisse entraîner la séparation de substances et la formation d'un précipité. Le dépôt total à l'état solide est couramment utilisé pour la synthèse de nanoclusters.
Sursaturation de liquide
Une étape importante dans le processus de précipitation est le début de la nucléation. La création d'une particule solide hypothétique implique la formation d'une interface, ce qui nécessite bien sûr une certaine énergie basée sur le mouvement de surface relatif à la fois du solide et de la solution. Si une structure de nucléation appropriée n'est pas disponible, une sursaturation se produit.
Un exemple de précipitation: le cuivre d'un fil qui est déplacé par l'argent dans une solution de nitrate de métal, dans laquelle il est plongé. Bien entendu, après ces expériences, le matériau solide précipite. Les réactions de précipitation peuvent être utilisées pour produire des pigments. Et aussi pour supprimersels de l'eau lors de son traitement et dans l'analyse inorganique qualitative classique. C'est ainsi que le cuivre se dépose.
Cristaux de porphyrine
La précipitation est également utile lors de l'isolement des produits de réaction lors du traitement. Idéalement, ces substances sont insolubles dans le composant réactionnel.
Ainsi, le solide précipite au fur et à mesure de sa formation, créant de préférence des cristaux purs. Un exemple en est la synthèse de porphyrines dans l'acide propionique bouillant. Lorsque le mélange réactionnel est refroidi à température ambiante, les cristaux de ce composant tombent au fond du récipient.
Des précipitations peuvent également se produire lorsqu'un anti-solvant est ajouté, ce qui réduit considérablement la teneur en eau absolue du produit souhaité. Le solide peut ensuite être facilement séparé par filtration, décantation ou centrifugation. Un exemple est la synthèse de tétraphénylporphyrine de chlorure de chrome: de l'eau est ajoutée à la solution réactionnelle de DMF et le produit précipite. La précipitation est également utile dans la purification de tous les composants: le bdim-cl brut est complètement décomposé dans l'acétonitrile et rejeté dans l'acétate d'éthyle, où il précipite. Une autre application importante de l'anti-solvant est la précipitation à l'éthanol de l'ADN.
En métallurgie, la précipitation en solution solide est également un moyen utile de durcir les alliages. Ce processus de décomposition est connu sous le nom de durcissement du composant solide.
Représentation à l'aide d'équations chimiques
Exemple de réaction de précipitation: nitrate d'argent aqueux (AgNO 3)ajouté à une solution contenant du chlorure de potassium (KCl), on observe la décomposition d'un solide blanc, mais déjà de l'argent (AgCl).
Il, à son tour, a formé un composant en acier, qui est observé sous forme de précipité.
Cette réaction de précipitation peut être écrite en mettant l'accent sur les molécules dissociées dans la solution combinée. C'est ce qu'on appelle l'équation ionique.
La dernière façon de créer une telle réaction est connue sous le nom de liaison pure.
Précipitations de différentes couleurs
Les taches vertes et brun rougeâtre sur une carotte de calcaire correspondent à des solides d'oxydes et d'hydroxydes de Fe 2+ et Fe 3+.
De nombreux composés contenant des ions métalliques produisent des précipités aux couleurs distinctives. Vous trouverez ci-dessous des nuances typiques pour divers dépôts de métaux. Cependant, bon nombre de ces composés peuvent produire des couleurs très différentes de celles répertoriées.
D'autres associations forment généralement des précipités blancs.
Analyse des anions et des cations
La précipitation est utile pour détecter le type de cation dans le sel. Pour ce faire, l'alcali réagit d'abord avec un composant inconnu pour former un solide. C'est la précipitation de l'hydroxyde d'un sel donné. Pour identifier le cation, notez la couleur du précipité et sa solubilité en excès. Des processus similaires sont souvent utilisés en séquence - par exemple, un mélange de nitrate de baryum réagira avec des ions sulfate pour former un précipité solide de sulfate de baryum, indiquant la probabilité que les deuxièmes substances soient présentes en abondance.
Processus de digestion
Le vieillissement d'un précipité se produit lorsqu'un composant nouvellement formé reste dans la solution à partir de laquelle il précipite, généralement à une température plus élevée. Il en résulte des dépôts de particules plus propres et plus grossiers. Le processus physico-chimique sous-jacent à la digestion est appelé maturation d'Ostwald. Voici un exemple de précipitation de protéines.
Cette réaction se produit lorsque les cations et les anions d'une solution d'hydrophyte se combinent pour former un solide hétéropolaire insoluble appelé précipité. Le fait qu'une telle réaction se produise ou non peut être déterminé en appliquant les principes de la teneur en eau aux solides moléculaires généraux. Comme toutes les réactions aqueuses ne forment pas de précipités, il est nécessaire de se familiariser avec les règles de solubilité avant de déterminer l'état des produits et d'écrire l'équation ionique globale. Être capable de prédire ces réactions permet aux scientifiques de déterminer quels ions sont présents dans une solution. Il aide également les usines industrielles à former des produits chimiques en extrayant les composants de ces réactions.
Propriétés de diverses précipitations
Ce sont des solides de réaction ionique insolubles formés lorsque certains cations et anions se combinent en solution aqueuse. Les déterminants de la formation des boues peuvent varier. Certaines réactions dépendent de la température, comme les solutions utilisées pour les tampons, tandis que d'autres ne sont liées qu'à la concentration de la solution. Les solides formés dans les réactions de précipitation sont des composants cristallins etpeut être en suspension dans tout le liquide ou tomber au fond de la solution. L'eau restante est appelée surnageant. Les deux éléments de consistance (précipité et surnageant) peuvent être séparés par différentes méthodes, telles que la filtration, l'ultracentrifugation ou la décantation.
Interaction des précipitations et double remplacement
Pour appliquer les lois de la solubilité, il faut comprendre comment les ions réagissent. La plupart des interactions de précipitations sont un processus de déplacement simple ou double. La première option se produit lorsque deux réactifs ioniques se dissocient et se lient à l'anion ou au cation correspondant d'une autre substance. Les molécules se remplacent en fonction de leurs charges en tant que cation ou anion. Cela peut être considéré comme un "changement de partenaire". Autrement dit, chacun des deux réactifs "perd" son compagnon et forme une liaison avec l'autre, par exemple, une précipitation chimique avec du sulfure d'hydrogène se produit.
La réaction de double remplacement est spécifiquement classée comme un processus de solidification lorsque l'équation chimique en question se produit dans une solution aqueuse et que l'un des produits résultants est insoluble. Un exemple d'un tel processus est illustré ci-dessous.
Les deux réactifs sont aqueux et un produit est solide. Comme tous les composants sont ioniques et liquides, ils se dissocient et peuvent donc se dissoudre complètement les uns dans les autres. Cependant, il existe six principes d'eau qui sont utilisés pour prédire quelles molécules sont insolubles lorsqu'elles sont déposées dans l'eau. Ces ions forment un précipité solide dans un totalmélanges.
Règles de solubilité, taux de sédimentation
La réaction de précipitation est-elle dictée par la règle de la teneur en eau des substances ? En fait, toutes ces lois et conjectures fournissent des lignes directrices qui indiquent quels ions forment des solides et lesquels restent dans leur forme moléculaire d'origine en solution aqueuse. Les règles doivent être suivies de haut en bas. Cela signifie que si quelque chose est indécidable (ou décidable) à cause du premier postulat déjà, il a préséance sur les indications suivantes numérotées plus haut.
Les bromures, les chlorures et les iodures sont solubles.
Les sels contenant des précipitations d'argent, de plomb et de mercure ne peuvent pas être mélangés complètement.
Si les règles stipulent qu'une molécule est soluble, alors elle reste sous forme d'eau. Mais si le composant est non miscible conformément aux lois et postulats décrits ci-dessus, alors il forme un solide avec un objet ou un liquide à partir d'un autre réactif. S'il est démontré que tous les ions d'une réaction sont solubles, le processus de précipitation ne se produit pas.
Équations ioniques pures
Pour comprendre la définition de ce concept, il est nécessaire de se rappeler la loi de la double réaction de remplacement, qui a été donnée ci-dessus. Étant donné que ce mélange particulier est une méthode de précipitation, des états de la matière peuvent être attribués à chaque paire de variables.
La première étape pour écrire une équation ionique pure consiste à séparer les réactifs et produits solubles (aqueux) dans leurs propriétés respectivescations et anions. Les précipités ne se dissolvent pas dans l'eau, donc aucun solide ne doit se séparer. La règle résultante ressemble à ceci.
Dans l'équation ci-dessus, les ions A+ et D - sont présents des deux côtés de la formule. On les appelle aussi molécules spectatrices car elles restent les mêmes tout au long de la réaction. Parce que ce sont eux qui traversent l'équation sans changement. Autrement dit, ils peuvent être exclus pour montrer la formule d'une molécule sans défaut.
L'équation ionique pure ne montre que la réaction de précipitation. Et la formule moléculaire du réseau doit nécessairement être équilibrée des deux côtés, non seulement du point de vue des atomes des éléments, mais aussi si on les considère du côté de la charge électrique. Les réactions de précipitation sont généralement représentées exclusivement par des équations ioniques. Si tous les produits sont aqueux, la formule moléculaire pure ne peut pas être écrite. Et cela se produit parce que tous les ions sont exclus en tant que produits du spectateur. Par conséquent, aucune réaction de précipitation ne se produit naturellement.
Applications et exemples
Les réactions de précipitation sont utiles pour déterminer si le bon élément est présent dans une solution. Si un précipité se forme, par exemple lorsqu'un produit chimique réagit avec le plomb, la présence de ce composant dans les sources d'eau peut être vérifiée en ajoutant le produit chimique et en surveillant la formation du précipité. De plus, la réflexion de la sédimentation peut être utilisée pour extraire des éléments tels que le magnésium des eaux marines.l'eau. Des réactions de précipitation se produisent même chez l'homme entre les anticorps et les antigènes. Cependant, l'environnement dans lequel cela se produit est toujours étudié par des scientifiques du monde entier.
Premier exemple
Il est nécessaire de compléter la réaction de double remplacement, puis de la réduire à une équation d'ions purs.
Premièrement, il est nécessaire de prédire les produits finaux de cette réaction en utilisant la connaissance du processus de double remplacement. Pour ce faire, rappelez-vous que les cations et les anions "changent de partenaire".
Deuxièmement, il convient de séparer les réactifs dans leurs formes ioniques à part entière, car ils existent dans une solution aqueuse. Et n'oubliez pas d'équilibrer à la fois la charge électrique et le nombre total d'atomes.
Enfin, vous devez inclure tous les ions spectateurs (les mêmes molécules présentes des deux côtés de la formule qui n'ont pas changé). Dans ce cas, il s'agit de substances telles que le sodium et le chlore. L'équation ionique finale ressemble à ceci.
Il est également nécessaire de compléter la réaction de double remplacement, puis, encore une fois, assurez-vous de la réduire à l'équation de l'ion pur.
Résolution de problèmes généraux
Les produits prédits de cette réaction sont CoSO4 et NCL d'après les règles de solubilité, COSO4 se décompose complètement car le point 4 stipule que les sulfates (SO2–4) ne se déposent pas dans l'eau. De même, on doit trouver que la composante NCL est décidable sur la base des postulats 1 et 3 (seul le premier passage peut être cité comme preuve). Après équilibrage, l'équation résultante a la forme suivante.
Pour la prochaine étape, il vaut la peine de séparer tous les composants dans leurs formes ioniques, car ils existeront dans une solution aqueuse. Et aussi pour équilibrer la charge et les atomes. Ensuite, annulez tous les ions spectateurs (ceux qui apparaissent comme des composants des deux côtés de l'équation).
Pas de réaction de précipitation
Cet exemple particulier est important car tous les réactifs et produits sont aqueux, ce qui signifie qu'ils sont exclus de l'équation ionique pure. Il n'y a pas de précipité solide. Par conséquent, aucune réaction de précipitation ne se produit.
Il est nécessaire d'écrire l'équation ionique globale pour des réactions de déplacement potentiellement doubles. Assurez-vous d'inclure l'état de la matière dans la solution, cela aidera à atteindre l'équilibre dans la formule globale.
Solutions
1. Quel que soit l'état physique, les produits de cette réaction sont Fe(OH)3 et NO3. Les règles de solubilité prédisent que le NO3 se décompose complètement dans un liquide, car tous les nitrates le font (cela prouve le deuxième point). Cependant, Fe(OH)3 est insoluble car la précipitation des ions hydroxyde a toujours cette forme (comme preuve, le sixième postulat peut être donné) et Fe ne fait pas partie des cations, ce qui conduit à l'exclusion du composant. Après dissociation, l'équation ressemble à ceci:
2. Suite à la double réaction de remplacement, les produits sont Al, CL3 et Ba, SO4, AlCL3 est soluble car il contient du chlorure (règle 3). Cependant, B a S O4 ne se décompose pas dans un liquide, car le composant contient du sulfate. Mais l'ion B 2 + le rend également insoluble, car il estl'un des cations qui provoque une exception à la quatrième règle.
Voici à quoi ressemble l'équation finale après l'équilibrage. Et lorsque les ions spectateurs sont supprimés, la formule de réseau suivante est obtenue.
3. A partir de la double réaction de remplacement, des produits HNO3 ainsi que ZnI2 sont formés. Selon les règles, le HNO3 se décompose car il contient du nitrate (deuxième postulat). Et Zn I2 est également soluble car les iodures sont les mêmes (point 3). Cela signifie que les deux produits sont aqueux (c'est-à-dire qu'ils se dissocient dans n'importe quel liquide) et qu'aucune réaction de précipitation ne se produit donc.
4. Les produits de cette réflexion par double substitution sont C a3(PO4)2 et N CL. La règle 1 stipule que N CL est soluble, et selon le sixième postulat, C a3(PO4)2 ne se décompose pas.
Voici à quoi ressemblera l'équation ionique une fois la réaction terminée. Et après avoir éliminé les précipitations, cette formule est obtenue.
5. Le premier produit de cette réaction, PbSO4, est soluble selon la quatrième règle car il s'agit de sulfate. Le second produit KNO3 se décompose également en liquide car il contient du nitrate (second postulat). Par conséquent, aucune réaction de précipitation ne se produit.
Procédé chimique
Cette action de séparation d'un solide lors de la précipitation à partir de solutions se produit soit en convertissant le composant en une forme non désintégrante, soit en modifiant la composition du liquide de sorte queréduire la qualité de l'élément qu'il contient. La différence entre la précipitation et la cristallisation réside en grande partie dans le fait que l'accent est mis sur le processus par lequel la solubilité est réduite ou par lequel la structure du solide s'organise.
Dans certains cas, la précipitation sélective peut être utilisée pour éliminer le bruit du mélange. Un réactif chimique est ajouté à la solution et il réagit sélectivement avec des interférences pour former un précipité. Il peut ensuite être séparé physiquement du mélange.
Les précipités sont souvent utilisés pour éliminer les ions métalliques des solutions aqueuses: les ions d'argent présents dans un composant salin liquide tel que le nitrate d'argent, qui est précipité par l'ajout de molécules de chlore, à condition, par exemple, que du sodium soit utilisé. Les ions du premier composant et du second se combinent pour former du chlorure d'argent, un composé insoluble dans l'eau. De même, les molécules de baryum sont converties lorsque le calcium est précipité par l'oxalate. Des schémas ont été développés pour l'analyse de mélanges d'ions métalliques par l'application séquentielle de réactifs qui précipitent des substances spécifiques ou leurs groupes associés.
Dans de nombreux cas, on peut choisir n'importe quelle condition dans laquelle la substance précipite sous une forme très pure et facilement séparable. Isoler ces précipités et déterminer leur masse sont des méthodes précises de précipitation, en trouvant la quantité de divers composés.
Lorsque vous essayez de séparer un solide d'une solution contenant plusieurs composants, des constituants indésirables sont souvent incorporés dans les cristaux, ce qui réduit leurpureté et dégrade la précision de l'analyse. Une telle contamination peut être réduite en opérant avec des solutions diluées et en ajoutant lentement l'agent précipitant. Une technique efficace est appelée précipitation homogène, dans laquelle elle est synthétisée en solution plutôt qu'ajoutée mécaniquement. Dans les cas difficiles, il peut être nécessaire d'isoler le précipité contaminé, de le redissoudre et de précipiter également. La plupart des substances interférentes sont éliminées dans le composant d'origine et la deuxième tentative est effectuée en leur absence.
De plus, le nom de la réaction est donné par le composant solide, qui se forme à la suite de la réaction de précipitation.
Afin d'influer sur la décomposition des substances dans un composé, un précipité est nécessaire pour former un composé insoluble, créé soit par l'interaction de deux sels, soit par un changement de température.
Cette précipitation d'ions peut indiquer qu'une réaction chimique a eu lieu, mais elle peut également se produire si la concentration du soluté dépasse sa fraction de désintégration totale. Une action précède un événement appelé nucléation. Lorsque de petites particules insolubles s'agrègent les unes aux autres ou forment une interface supérieure avec une surface telle qu'une paroi de récipient ou un germe cristallin.
Conclusions clés: les précipitations en chimie
Dans cette science, ce composant est à la fois un verbe et un nom. La précipitation est la formation d'un composé insoluble, soit en réduisant la désintégration complète de la combinaison, soit par l'interaction de deux composants salins.
Le solide performefonction importante. Puisqu'il se forme à la suite de la réaction de précipitation et s'appelle un précipité. Le solide est utilisé pour purifier, éliminer ou extraire des sels. Et aussi pour la fabrication de pigments et l'identification de substances en analyse qualitative.
Précipitations contre précipitations, cadre conceptuel
La terminologie peut prêter à confusion. Voici comment cela fonctionne: La formation d'un solide à partir d'une solution s'appelle un précipité. Et le composant chimique qui éveille une décomposition dure à l'état liquide s'appelle un précipitant. Si la taille des particules du composé insoluble est très petite, ou si la gravité n'est pas suffisante pour tirer le composant cristallin vers le fond du récipient, le précipité peut être uniformément réparti dans tout le liquide, formant une bouillie. La sédimentation fait référence à toute procédure qui sépare les sédiments de la partie aqueuse d'une solution, appelée surnageant. Une méthode de sédimentation courante est la centrifugation. Une fois le précipité éliminé, la poudre résultante peut être appelée une "fleur".
Un autre exemple de formation de liens
Le mélange de nitrate d'argent et de chlorure de sodium dans l'eau entraînera la précipitation du chlorure d'argent hors de la solution sous forme de solide. Autrement dit, dans cet exemple, le précipité est du cholestérol.
Lors de l'écriture d'une réaction chimique, la présence de précipitations peut être indiquée par la formule scientifique suivante avec une flèche vers le bas.
Utilisation des précipitations
Ces composants peuvent être utilisés pour identifier un cation ou un anion dans un sel dans le cadre d'une analyse qualitative. Les métaux de transition sont connus pour former diverses couleurs de précipités en fonction de leur identité élémentaire et de leur état d'oxydation. Les réactions de précipitation sont principalement utilisées pour éliminer les sels de l'eau. Et aussi pour la sélection des produits et pour la préparation des pigments. Dans des conditions contrôlées, la réaction de précipitation produit des cristaux de précipité purs. En métallurgie, ils sont utilisés pour durcir les alliages.
Comment récupérer les sédiments
Il existe plusieurs méthodes de précipitation utilisées pour extraire le solide:
- Filtrage. Dans cette action, la solution contenant le précipité est versée sur le filtre. Idéalement, le solide reste sur le papier pendant que le liquide le traverse. Le récipient peut être rincé et versé sur le filtre pour faciliter la récupération. Il y a toujours une perte, soit due à la dissolution dans un liquide, au passage à travers le papier, soit à cause de l'adhérence au matériau conducteur.
- Centrifugation: cette action fait tourner la solution rapidement. Pour que la technique fonctionne, le précipité solide doit être plus dense que le liquide. Le composant densifié peut être obtenu en versant toute l'eau. Habituellement, les pertes sont moindres qu'avec le filtrage. La centrifugation fonctionne bien avec des échantillons de petite taille.
- Décantage: cette action déverse la couche liquide ou l'aspire du sédiment. Dans certains cas, un solvant supplémentaire est ajouté pour séparer l'eau du solide. Le décanteur peut être utilisé avec l'ensemble du composant après centrifugation.
Vieillissement des précipitations
Un processus appelé digestion se produit lorsquele solide frais est laissé dans sa solution. En règle générale, la température de l'ensemble du liquide augmente. La digestion improvisée peut produire des particules plus grosses avec une grande pureté. Le processus qui conduit à ce résultat est connu sous le nom de "maturation d'Ostwald".
