-
1Reacii chimice in soluii apoase: reacii de precipitare si
aplicaiile acestora.
Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFacultatea de Chimie
Aplicata i tiina MaterialelorCatedra tiina i Ingineria Materialelor
Oxidice i Nanomateriale
2010-2011
-
2Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de
precipitare Reacii de complexare
Reacii de tip acid-baza
Acid + baza => produiProdui = sare (+ H2O)
HCl + NaOH = NaCl + H2OHCl + NH3 = NH4Cl
-
3Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de
precipitare Reacii de complexare
Reacii de tip oxidant/reductor
Oxidant + reductor => produi
2CO + O2 = 2CO2CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
H2 + Cl2 = 2HCl
-
4Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de
precipitare Reacii de complexare
Reacii ce duc la formarea unui precipitat
Sare + Compus => Precipitat +
Fe2+ + 2Fe3+ + HO- => Fe3O43Ca2+ + 2PO43- =>Ca3(PO4)2Ca2+
+ HPO42- =>CaHPO45Ca2++ 3PO43- + HO-=>Ca5(PO4)3OH
-
5Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare Reacii de oxido-reducere Reacii de
precipitare Reacii de complexare
Reacii de tip metal-ligand
Implica legturi coordinative, covalente si/sau ionice
Mm+ + xLn- =>MLx(m-nx)
Ag+ + 2NH3 => Ag(NH3)2+Al3+ + 3HO- => Al(OH)3
Al(OH)3 + HO-exces=>[Al(OH)4]-
-
6Definiii Precipitarea este o reacie chimic ce se desfoar in
soluie i care
duce la formarea unui compus solid; Solubilizarea (dizolvarea)
este procesul fizic sau chimic prin care o
substana solid trece in soluie; Solubilitatea reprezint o msur a
cantitii maxime de substan ce se
poate dizolva intr-un volum de ap, in condiii date (in special
temperatur, trie ionica, pH, presiune, ); este o constant fizic
caracteristic pentru fiecare substan, in condiii date;
Soluie saturat soluia care conine cantitatea maxim de substan
dizolvat (echivalentul solubilitii), in condiii date; adugarea unei
cantiti suplimentare de substana in soluia saturat duce la
depunerea acestuia sub form de precipitat (nu se dizolv);
Soluia suprasaturat este soluia care conine dizolvat o cantitate
mai mare dect cantitatea echivalent solubilitii;
Soluii concentrate / soluii diluate sunt soluiile care conin
dizolvate cantiti mari / mici de substan; nu exist o regul conform
creia peste o anumit concentraie o soluie s fie considerat
concentrat.
-
7Reacia de precipitare
Reacia de precipitare poate fi scrisa ca o reacie de dublu
schimb:
AX + BY AY + BXA+X- + B+Y- AY + B+X-
A+ + Y- AY
AgNO3(aq)+KCl(aq) AgCl(s) +KNO3(aq)Ag+NO-3(aq)+K+Cl-(aq) AgCl(s)
+K+NO-3(aq)
Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s)
-
8
-
9Reacia de disociere
Reacia invers precipitrii este dizolvarea. Dizolvarea presupune
disocierea precipitatului in ioni. Reacia de disociere este:
AY A+ + Y- Ks = [A+].[Y-]pKs = -lgKs
unde Ks este constanta de solubilitate; pKs este cologaritmul
constantei de solubilitate; [A+] si [Y-] reprezint concentraia
molar a respectivelor specii ionice (din soluie)
In funcie de Ks substanele se pot clasifica in solubile (Ks
>>) sau insolubile (Ks
-
10
-
11
Reprezentarea schematica a procesului de dizolvare a unei
substane ionice, in apa
-
12
Constante de solubilitate
-
13
Constante de solubilitate
-
14
Constante de solubilitate
-
15
Constante de solubilitate
-
16
Constante de solubilitate
-
17
Constante de solubilitate
-
18
Constante de solubilitate
-
19
Relaia dintre solubilitate si constanta de solubilitate
AmBn mAn+ + nBm- Ks=[An+]m[Bm-]nS mS nS
n m n m m n ss s n m
KK (m S) (n S) K m n S Sm n
m n+ += => = => =
~3,1*10-12 mg/L~1.3*10-17~ 8*10-51Ag2S~1,7
g/L~9,2*10-9~8,5*10-17AgBr~1,9 mg/L~1.34*10-5~1.8*10-10AgCl359 g/L
(250C)~ 6,1~38NaClS(g/L)S(mol/L)KsCompus
-
20
Compui greu solubili
Compuii greu solubili sunt acei compui care au o solubilitate
foarte mica intr-un anume solvent (Ks foarte mic; pKs mare).
Solubilitatea insa este foarte puternic influenata de solvent. Spre
exemplu exista substane foarte solubile in apa si foarte greu
solubile in solveni organici sau viceversa. Un astfel de caz este
NaCl care este foarte solubil in apa, parial solubil in metanol
(14,9 g/L 0,25mol/L Ks ~ 0,065) si practic insolubil in eter
etilic.
Exista cteva reguli care pot fi utilizate in stabilirea
solubilitii sau insolubilitii anumitor substane in ap in funcie de
clas.
-
21
Compui ionici solubili
-Nitrai-AcetaiAg+, Hg22+ i Pb2+CloruriAg+, Hg22+ i
Pb2+BromuriAg+, Hg22+ i Pb2+IoduriSr2+, Ba2+, Hg22+ i
Pb2+Sulfai
-
Srurile metalelor alcaline precum si srurile de amoniu
Clasa de compui Excepii
-
22
Compui ionici insolubili
Fluorurile metalelor alcaline, NH4F, AgF (parial
solubil).Fluorurile AgNO3, Ag(C2H3O2), AgF (parial solubil)Srurile
de Ag+Na2CrO4, K2CrO4, (NH4)2CrO4 si MgCrO4Cromaii (CrO42-)
Clasa de compui
Excepii
Sulfuri (S2-) NH4S; sulfurile metalelor alcaline (grupa 1IA)
precum si sulfurile de Ca2+, Sr2+si Ba2+
Carbonai (CO32-) Carbonaii metalelor alcaline si (NH4)2CO3Fosfai
(PO43-) Fosfaii metalelor alcaline si (NH4)2CO3Hidroxizi (HO-)
NH4OH; hidroxizii metalelor alcaline (grupa 1IA) precum
si hidroxizii de Sr2+ si Ba2+ (Ca(OH)2 este parial solubil)
-
23
Solubilitatea compusilor ionici
-
24
Factorii care influeneaz solubilitatea
Reacia de precipitare este influenat de mai muli factori. Dintre
acestea, cele mai importante sunt:
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
-
25
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
Coninutul maxim (din compusul AnBm) care se poate dizolva este
dat de produsul de solubilitate; peste aceast cantitate, compusul
nu se mai dizolv si rmne ca precipitat.
AgCl Ag+ + Cl- Ks=[Ag+] [Cl-] S S S dizolvare in ap
S` S` 1+S` dizolvare in KCl 1M
Solubilitatea poate fi de asemenea influenat de prezena unui ion
comun. Spre exemplu: solubilitatea in ap distilat a AgCl este
S=~1,9 mg/L in timp ce in soluie KCl 1M este de doar S`=~2,6*10-13
mg/L.
-
26
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
-
27
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
5.6.10-101135.6.10-82125.6.10-63115.6.10-44105.6.10-2595.668S,
mol/LpOHpH
pH-ul soluiei influeneaz in special solubilitatea hidroxizilor
si a acelor sruri care conin grupri care pot participa simultan si
la diverse echilibre acido-bazice. Mg(OH)2 Mg2++ 2HO-
Ks=5,6.10-12
S S Ks=[Mg2+][HO-]2 =>S=Ks/[HO-]2
5.6.102775.6.104865.6.106955.6.1081045.6.1010113S,
mol/LpOHpH
* Este vorba de solubilitatea aparenta a Mg(OH)2 in apa
-
28
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
pH-ul soluiei influeneaz in special solubilitatea hidroxizilor
si a acelor sruricare conin grupri care pot participa simultan si
la diverse echilibre acido-bazice.
AgCH3COO Ag++CH3COO- Ks=1,9.10-3S S [AcO-]
AcOH+H2O AcO-+H3O+ Ka= 1,7.10-5
Ks=S.[AcO-]Ka=([AcO-].10-pH)/[AcOH] =>[AcOH]=S-[AcO-]
Deci S=f(pH, Ka, Ks)
-pHs
as
K 10K KSS
=
-
29
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
Influena presiunii asupra solubilitii este important mai ales in
cazul in care in urma disocierii si respectiv a reaciilor care au
loc in soluie se degaj o component gazoas. Astfel solubilitatea
carbonailor poate fi corelat cu presiunea si temperatura, in
special in cazul unor pH-uri acide:
CaCO3 Ca2+ + CO32- Ks=6.10-9CO32- HCO3- H2O.CO2 Ka1, Ka2~bazic
~neutru ~ acid
-
30
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimica
Definiie: Gravimetria este o metod de analiz cantitativ bazat pe
transformarea speciei de interes (analit) intr-un compus greu
solubil si msurarea cu precizie a
masei de precipitat rezultate. Etapele analizei: se dizolv
proba
cntrit; printr-un procedeu adecvat se nltur speciile ce pot
interfera n metoda
aleas; se ajusteaz condiiile experimentale (pH, stare de
oxidare, concentraie); se adaug agentul de
precipitare adecvat (organic sau anorganic); precipitarea se
realizeaz la
cald; se separ precipitatul prin filtrare; se spal precipitatul;
se usuc, se calcineaz
i se aduce la mas constant; se calculeaz constituentul analizat
din prob
conform reaciei stoechiometrice.
-
31
Aplicaii ale reaciilor de precipitare: Separarea cationilor pe
grupe analitice
- Precipita cu HCl diluat, la rece cu obinere de precipitate
albeAg
+; Hg22+; Pb2+HCl 2NI
Se obin sulfuri greu solubile: CuS, CdS, Bi2S3, PbS, HgS sunt
insolubile in mediu alcalin in timp ce: Bi2S5, PbS2, As2S3, As2S5,
Sb2S3, Sb2S5 sunt solubile in mediu alcalin
Cu2+, Cd2+; Hg2+; Bi3+; Bi5+; Pb2+; Pb4+; As3+; As5+; Sb3+;
Sb5+
H2S,pH=0,51II
precipita sub forma de sulfuri sau hidroxizi; precipitatele sunt
solubile in mediu acid
Ni2+;Co2+; Fe2+; Fe3+; Al3+; Cr3+; Zn2+; Mn2+
(NH4)2S; pH=8-9Sol. tampon NH4Cl/NH3
III
Ca2+;Sr2+; Ba2+(NH4)2CO3; pH=8-9; sol. tampon NH4Cl/NH3
IV
NH4+; K+; Na+; Mg2+-V
ObservaiiCationiReactivul de grupaGr.
-
32
Ag+; Hg22+; Pb2+; Cu2+, Cd2+; Hg2+; Bi3+; Bi5+; Pb2+; Pb4+;
As3+; As5+; Sb3+; Sb5+; Ni2+; Co2+; Fe2+; Fe3+; Al3+; Cr3+; Zn2+;
Mn2+; Ca2+; Sr2+; Ba2+; NH4+; K+; Na+; Mg2+
Precipita Grupa IAgCl; PbCl2; Hg2Cl2
HCl diluat
Grupele II, III, IV, V
H2S, pH0,5
Precipita Grupa II: CuS, CdS; HgS; Bi2S3; Bi2S5; PbS; PbS2;
As2S3; As2S5; Sb2S3; Sb2S5
Grupele III, IV, V
(NH4)2S, pH8-9
Precipita Grupa III: NiS, CoS, FeS, Al(OH)3; Cr(OH)3, ZnS,
MnS
Grupele IV, V
Precipita Grupa IV: CaCO3, SrCO3, BaCO3
Grupa V: NH4+, Na+, K+; Mg2+
(NH4)2CO3, pH8-9
Schema generala de separare a cationilor pe grupe analitice
-
33
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimica
Utilizata in determinarea cantitativa a halogenilor si a
semihalogenilor (CN- si SCN-)1. Metoda MohrReacia de precipitare
este:
Reacia de culoare
2. Metoda VolhardSe lucreaz cu un exces de AgNO3 excesul de
AgNO3 fiind ulterior titrat cu KSCN, in prezenta de Fe3+.
sCl Ag AgCl K =1,8 10 + + 10
2 4
2 124 2 4 s(Ag CrO )2Ag CrO Ag CrO K =1,7 10
+ +
-
34
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimicaMetalele grele sunt uzual ndeprtate din ape
prin reacii de precipitare.
pH
-
35
Etapele procesuluide epurare a apelor prin
procese fizico-chimice
-
36
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimica
Biosinteza esutului dur (oase, dini: smalsi dentina) are la baza
reacia de precipitare dintre Ca2+ si PO43- conform reaciei:
5Ca2+ + 3PO43- + HO- => Ca5(PO4)3OH3Ca2+ + 2PO43- =>
Ca3(PO4)2
5Ca2+ + 3PO43- + F- => Ca5(PO4)3F
Reaciile de precipitare sunt intens utilizate in obinerea unor
biomateriale:
2Fe3+ + Fe2+ + 8HO- => Fe3O4 + 4H2OAl3+ + 3HO- =>
Al(OH)3
2Al(OH)3 => Al2O3 + 3H2O
-
37
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimica
Sinteze de materiale industriale precum: Si4+ + 4HO- =>
Si(OH)4Si(OH)4 =>SiO2 + 2H2O
MgSO4(aq)+Na2CO3(aq)MgCO3(s)+ Na2SO4(aq)
Zn2+ + S2- ZnS
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
Pb4+ + 4HO- => Pb(OH)4Pb(OH)4 => PbO2
-
38
Va mulumesc pentru atenie