Introduzione alla chimica

Termini

• cationeUno ione caricato positivamente, al contrario di un anione.
• anioneUno ione caricato negativamente, al contrario di un catione.
• precipitatoUn solido che esce dalla fase liquida di una soluzione.
• precipitarePer uscire da una soluzione liquida in forma solida.
• Ione spettatoreUno ione che esiste come reagente e prodotto in una reazione chimica.
• insolubileChe non può essere dissolto.

Reazioni di precipitazione

A volte gli ioni in soluzione reagiscono tra loro per formare una nuova sostanza che precipita; questa reazione è chiamata reazione di precipitazione. Un precipitato si forma se qualsiasi combinazione di cationi e anioni può diventare un solido.

Regole della precipitazione

Nota che i composti solubili si dissolvono in acqua e quelli insolubili no.

La seguente lista riassume le combinazioni che formano precipitati in soluzione:

• Nitrati (NO3-): Tutti sono solubili.
• Sali di potassio (K+), sodio (Na+) e ammonio (NH4+): Tutti sono solubili.
• Cloruri (Cl-), bromuri (Br-), e ioduri (I-): Tutti sono solubili tranne i sali di argento (Ag+), piombo (II) (Pb2+) e mercurio (II) (Hg2+).
• Solfati (SO42-): Tutti sono solubili tranne quelli di piombo (II) (Pb2+), bario (Ba2+) e calcio (Ca2+).
• Carbonati (CO32-): Tutti sono insolubili tranne quelli di potassio (K+), sodio (Na+) e ammonio (NH4+).
• Composti con fluoro: Tutti sono solubili tranne quelli di magnesio (Mg2+), calcio (Ca2+), stronzio (Sr2+), bario (Ba2+) e piombo (II) (Pb2+).
• Perclorati (ClO4-) e acetati (C2H3O2-): Tutti sono solubili.
• Idrossidi metallici (OH-) e ossidi (O2-): La maggior parte sono insolubili.
• Sali di fosfati (PO43-), ossalati (C2O42-), cromati (CrO42-), e solfuri (S2-): Generalmente insolubile.

Esempio di reazione di precipitazione

Immagina di avere due provette e tre soluzioni: soluzione di cloruro di rame (II) (CuCl2), soluzione di carbonato di sodio (Na2CO3) e soluzione di solfato di sodio (Na2SO4). Metti 5 mL di cloruro di rame (II) nelle provette 1 e 2. Si aggiungono 5 mL di carbonato di sodio nella provetta 1. Si forma un precipitato che sembra un granello di polvere blu chiaro. Aggiungete con attenzione la soluzione di solfato di sodio nella provetta 2. Non si forma alcun precipitato. La soluzione rimane azzurra. Cosa è successo?

Per la reazione 1, hai i seguenti ioni nella tua soluzione: Cu2+, Cl-, Na+ e CO32-. Il prodotto che si forma può essere insolubile, nel qual caso si formerà un precipitato, o solubile, nel qual caso la soluzione sarà chiara. Vediamo come gli ioni di questo esempio potrebbero essersi combinati tra loro:

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

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

Na^+ + Cl^- \destra NaCl

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

Puoi escludere automaticamente le reazioni in cui il carbonato di sodio e il cloruro di rame (II) sono i prodotti perché questi erano i reagenti iniziali. L’equazione chimica bilanciata è:

{2Na^+} + {Cu^{2+} +{CO_3 ^{2-}} + {Cl^-} \diritto a una freccia {CuCO_3} + {2Na^+} + {2Cl^-}

Sai che il cloruro di sodio (NaCl) è solubile in acqua, quindi il prodotto rimanente (carbonato di rame) deve essere quello insolubile. Secondo le regole della precipitazione, gli unici carbonati solubili (CO32-) sono potassio (K+), sodio (Na+) e ammonio (NH4+). Quindi Na2CO3 rimarrà in soluzione, ma CuCO3 precipiterà fuori.

Nota come gli ioni sodio e cloruro rimangono invariati durante la reazione. Sono chiamati ioni spettatori. Possono essere rimossi dall’equazione ottenendo la reazione complessiva di precipitazione:

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

La reazione 2 ha Cu2+, Cl-, Na+, e SO42- in soluzione. Le possibili combinazioni degli ioni sono le seguenti:

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

Na^+ + Cl^- \destra NaCl

Cu^2+ 2Cl^- \destra CuCl_2

2Na^+ + SO_4 ^{2-}

Ancora una volta, le reazioni in cui il solfato di sodio e il cloruro di rame (II) sono i prodotti possono essere esclusi, poiché erano i reagenti iniziali. L’equazione chimica bilanciata è:

{2Na^+} + {SO_4 ^{2-}} + {Cu^{2+} + {2Cl^ -} \rightarrow {2Na^+} + {SO_4\ ^{2-} + {Cu^{2+} + Se determiniamo quali di questi sali sono solubili e quali sono insolubili secondo le regole, vediamo che la maggior parte dei cloruri e la maggior parte dei solfati sono solubili. Questo è il motivo per cui non si forma alcun precipitato in questa seconda reazione. Anche quando gli ioni si ricombinano, si separano immediatamente e tornano in soluzione.

Applicazione delle reazioni di precipitazione

Le reazioni di precipitazione sono spesso usate per isolare un particolare ione dalla soluzione. Il processo permette la rimozione selettiva degli ioni attraverso le proprietà di solubilità. La proprietà è usata per separare gli ioni in un metodo chiamato precipitazione frazionata.