Introduction à la chimie

Termes

• cationUn ion chargé positivement, par opposition à un anion.
• anionUn ion chargé négativement, par opposition à un cation.
• précipitéUn solide qui sort de la phase liquide d’une solution.
• précipitéSort d’une solution liquide sous forme solide.
• Ion spectateurUn ion qui existe comme réactif et comme produit dans une réaction chimique.
• insolubleCe qui ne peut pas être dissous.

Réactions de précipitation

Parfois, les ions en solution réagissent entre eux pour former une nouvelle substance qui précipite ; cette réaction est appelée réaction de précipitation. Un précipité se formera si n’importe quelle combinaison de cations et d’anions peut devenir un solide.

Règles de précipitation

Notez que les composés solubles se dissoudront dans l’eau et que les composés insolubles ne le feront pas.

La liste suivante résume les combinaisons qui formeront des précipités en solution :

• Nitrates (NO3-) : Tous sont solubles.
• Sels de potassium (K+), de sodium (Na+) et d’ammonium (NH4+) : Tous sont solubles.
• Chlorures (Cl-), bromures (Br-), et iodures (I-) : Tous sont solubles sauf les sels d’argent (Ag+), de plomb (II) (Pb2+) et de mercure (II) (Hg2+).
• Sulfates (SO42-) : Tous sont solubles sauf ceux de plomb (II) (Pb2+), de baryum (Ba2+) et de calcium (Ca2+).
• Carbonates (CO32-) : Tous sont insolubles sauf ceux de potassium (K+), de sodium (Na+) et d’ammonium (NH4+).
• Composés avec du fluor : Tous sont solubles sauf ceux du magnésium (Mg2+), du calcium (Ca2+), du strontium (Sr2+), du baryum (Ba2+) et du plomb(II) (Pb2+).
• Perchlorates (ClO4-) et acétates (C2H3O2-) : Tous sont solubles.
• Hydroxydes (OH-) et oxydes (O2-) métalliques : La plupart sont insolubles.
• Sels de phosphates (PO43-), oxalates (C2O42-), chromates (CrO42-) et sulfures (S2-) : Généralement insolubles.

Exemple de réaction de précipitation

Imaginez que vous avez deux tubes à essai et trois solutions : une solution de chlorure de cuivre (II) (CuCl2), une solution de carbonate de sodium (Na2CO3) et une solution de sulfate de sodium (Na2SO4). Vous mettez 5 ml de chlorure de cuivre (II) dans les tubes 1 et 2. Vous ajoutez 5 mL de carbonate de sodium dans le tube 1. Un précipité, qui ressemble à des grains de poussière bleu clair, se forme. Vous ajoutez avec précaution la solution de sulfate de sodium dans le tube 2. Aucun précipité ne se forme. La solution reste bleu clair. Que s’est-il passé ?

Pour la réaction 1, vous avez les ions suivants dans votre solution : Cu2+, Cl-, Na+, et CO32-. Le produit qui se forme peut être insoluble, auquel cas un précipité se forme, ou soluble, auquel cas la solution est claire. Voyons comment les ions de cet exemple ont pu se combiner entre eux :

Cu^{2+} + CO_3\ ^{2-} \rightarrow CuCO_3

Cu^{2+} + 2Cl^- \rightarrow CuCl_2

Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl

2Na^+ + CO_3\ ^{2-} \rightarrow Na_2CO_3

Vous pouvez automatiquement exclure les réactions où le carbonate de sodium et le chlorure de cuivre (II) sont les produits car ce sont les réactifs initiaux. L’équation chimique équilibrée est :

{2Na^+} + {Cu^{2+}} +{CO_3\ ^{2-}} + {Cl^-} \rightarrow {CuCO_3} + {2Na^+} + {2Cl^-}

Vous savez que le chlorure de sodium (NaCl) est soluble dans l’eau, donc le produit restant (carbonate de cuivre) doit être celui qui est insoluble. Selon les règles de la précipitation, les seuls carbonates solubles (CO32-) sont le potassium (K+), le sodium (Na+) et l’ammonium (NH4+). Par conséquent, Na2CO3 restera en solution, mais CuCO3 précipitera.

Notez comment les ions sodium et chlorure restent inchangés pendant la réaction. Ils sont appelés des ions spectateurs. On peut les retirer de l’équation, ce qui donne la réaction globale de précipitation :

Cu^{2+} + CO_3\ ^{2-} \rightarrow CuCO_3

La réaction 2 a Cu2+, Cl-, Na+, et SO42- en solution. Les combinaisons possibles de ces ions sont les suivantes :

Cu^{2+} + SO_4\ ^{2-} \rightarrow CuSO_4

Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl

Cu^2+ 2Cl^- \rightarrow CuCl_2

2Na^+ + SO_4\ ^{2-} \rightarrow Na_2SO_4

Encore une fois, on peut exclure les réactions où le sulfate de sodium et le chlorure de cuivre (II) sont les produits, puisqu’ils étaient les réactifs initiaux. L’équation chimique équilibrée est :

{2Na^+} + {SO_4\ ^{2-}} + {Cu^{2+}} + {2Cl^ -}
Défilement {2Na^+} + {SO_4\ ^{2-}} + {Cu^{2+}} + {2Cl^-}

Si l’on détermine lesquels de ces sels sont solubles et lesquels sont insolubles selon les règles, on constate que la plupart des chlorures et la plupart des sulfates sont solubles. C’est pourquoi aucun précipité ne se forme dans cette deuxième réaction. Même lorsque les ions se recombinent, ils se séparent immédiatement et retournent en solution.

Application des réactions de précipitation

Les réactions de précipitation sont souvent utilisées pour isoler un ion particulier de la solution. Le procédé permet l’élimination sélective des ions grâce aux propriétés de solubilité. Cette propriété est utilisée pour séparer les ions dans une méthode appelée précipitation fractionnée.

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