reactii de precipitare si aplicatiile acestora

7/22/2019 Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora

1/38

1

Reacii chimice in soluii apoase: reaciide precipitare si aplicaiile acestora.

Universitatea POLITEHNICA din BucuretiFacultatea de Chimie Aplicata i tiina Materialelor

Catedra tiina i Ingineria Materialelor Oxidicei Nanomateriale

2010-2011


2/38

2

Tipuri 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


3/38

3


Reacii de neutralizare

Reacii de oxido-reducere



Reacii de tip oxidant/reductor

Oxidant + reductor => produi

2CO + O2 = 2CO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

H2 + Cl2 = 2HCl


4/38

4




Reacii de precipitare Reacii de complexare

Reacii ce duc la formareaunui precipitat

Compus+agent de precipitare=>Precipitat+

Fe2+ + 2Fe3+ + HO- => Fe3O4

3Ca2+ + 2PO43- =>Ca3(PO4)2

Ca2+ + HPO42- =>CaHPO4

5Ca2++ 3PO43- + HO-=>Ca5(PO4)3OH


5/38

5






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)3Al(OH)3 + HO

-exces=>[Al(OH)4]

-


6/38

6

Definiii 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 solidtrece in soluie; Solubilitatea reprezinto msura cantitii maxime de substance se

poate dizolva intr-un volum de ap, in condiii date (in specialtemperatur, trie ionica, pH, presiune, ); este o constant fizic

caracteristicpentru fiecare substan, in condiii date; Soluie saturat soluia care conine cantitatea maximde substan

dizolvat (echivalentul solubilitii), in condiii date; adugarea uneicantiti suplimentare de substana in soluia saturatduce la depunereaacestuia sub formde precipitat (nu se dizolv);

Soluia suprasaturateste soluia care conine dizolvato cantitate maimare dect cantitatea echivalentsolubilitii;

Soluii concentrate / soluii diluate sunt soluiile care conin dizolvatecantiti mari / mici de substan; nu exist o regul conform creia

peste o anumitconcentraie o soluie sfie consideratconcentrat.


7/38

7

Reacia de precipitare

Reacia de precipitare poate fi scrisa ca o reacie de dublu schimb:

AX + BYAY+ 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)


8/38

8


9/38

9

Reacia de disociere

Reacia invers precipitrii este dizolvarea. Dizolvarea presupunedisocierea precipitatului in ioni. Reacia de disociere este:

AY A+ + Y- Ks = [A+].[Y-]

pKs

= -lgKs

unde Ks este constanta de solubilitate; pKs este cologaritmul constanteide solubilitate; [A+] si [Y-] reprezintconcentraia molar a respectivelorspecii ionice (din soluie)

In funcie de Ks substanele se pot clasifica in solubile (Ks >>) sau GREUSOLUBILE ( insolubile) (Ks


10/38

10


11/38

11

Reprezentarea schematica a procesului de

dizolvare a unei substane ionice, in apa


12/38


13/38

13

Constante de solubilitate


14/38

14



15/38

15



16/38

16



17/38

17



18/38

18



19/38

19

Relaia dintre solubilitate si constanta

de solubilitate

Am

Bn

mAn+ + nBm- Ks

=[An+]m[Bm-]n

S mS nS

n m n m m n ss s n m

KK (m S) (n S) K m n S S

m nm 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*10-10

AgCl

359 g/L (250C)~ 6,1~38NaCl

S(g/L)S(mol/L)KsCompus


20/38

20

Compui greu solubili

Compuii greu solubili sunt acei compui care au o solubilitatefoarte 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 apin funcie de clas.


21/38

21

Compui ionici solubili

-Nitrai

-Acetai

Ag+, Hg22+ i Pb2+Cloruri

Ag+, Hg22+ i Pb2+Bromuri

Ag+, Hg22+ i Pb2+Ioduri

Sr2+, Ba2+, Hg22+ i Pb2+Sulfai

-Srurile metaleloralcaline precum sisrurile de amoniu

Clasa de compui Excepii


22/38

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 decompui

Excepii

Sulfuri (S2-) NH4S; sulfurile metalelor alcaline (grupa 1IA) precum sisulfurile de Ca2+, Sr2+si Ba2+

Carbonai (CO32-) Carbonaii metalelor alcaline si (NH4)2CO3

Fosfai (PO43-) Fosfaii metalelor alcaline si (NH4)2PO4

Hidroxizi (HO-) NH4OH; hidroxizii metalelor alcaline (grupa 1IA) precumsi hidroxizii de Sr2+ si Ba2+ (Ca(OH)2 este parial solubil)


23/38

23

Solubilitatea compusilor ionici


24/38

24

Factorii care influeneazsolubilitatea

Reacia de precipitare este influenat de mai muli factori. Dintreacestea, cele mai importante sunt:

Concentraia speciilor implicate in reacia de precipitare

Influena ionului comun

Temperatura de lucru

pH-ul soluiei

Presiunea


25/38

25

Factorii care influeneazsolubilitatea

Concentraia speciilorimplicate in reacia de

precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

Coninutul maxim (din compusul AnBm) carese poate dizolva este dat de produsul desolubilitate; peste aceast cantitate,

compusul nu se mai dizolv si rmne caprecipitat.

AgCl Ag+ + Cl- Ks=[Ag+] [Cl-]

S S S dizolvare in apS` S` 1+S` dizolvare in KCl 1M

Solubilitatea poate fi de asemenea

influenat de prezena unui ion comun.Spre exemplu: solubilitatea in apdistilataAgCl este S=~1,9 mg/L in timp ce in soluieKCl 1M este de doar S`=~2,6*10-13 mg/L.


26/38

26

Factorii care influeneazsolubilitatea Concentraia speciilor

implicate in reacia de

precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea


27/38

27



precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

5.6.10-10113

5.6.10-8212

5.6.10-6311

5.6.10-4410

5.6.10-259

5.668S, mol/LpOHpH

pH-ul soluiei influeneaz in specialsolubilitatea hidroxizilor si a acelor sruricare conin grupri care pot participa

simultan si la diverse echilibre acido-bazice.Mg(OH)2 Mg

2++ 2HO- Ks=5,6.10-12

S SKs=[Mg

2+][HO-]2 =>S=Ks/[HO-]2

5.6.10277

5.6.10486

5.6.10695

5.6.108104

5.6.1010113S, mol/LpOHpH

* Este vorba de solubilitatea

aparenta a Mg(OH)2 in apa


28/38

28



precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

pH-ul soluiei influeneaz in specialsolubilitatea hidroxizilor si a acelor sruricare conin grupri care pot participasimultan si la diverse echilibre acido-bazice.

AgCH3COO Ag++CH3COO

- Ks=1,9.10-3

S 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)

-pH

sa

s

K 10K

KS S

=


29/38

29



precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

Influena presiunii asupra solubilitii esteimportantmai ales in cazul in care in urmadisocierii si respectiv a reaciilor care au locin soluie se degajo componentgazoas.Astfel solubilitatea carbonailor poate ficorelat cu presiunea si temperatura, inspecial in cazul unor pH-uri acide:

CaCO3 Ca2+ + CO3

2- Ks=6.10-9

CO32- HCO3

- H2O.CO2 Ka1, Ka2

~bazic ~neutru ~ acid


30/38

30

Aplicaii ale reaciilor de precipitare

Gravimetria

Volumetria de precipitare

Depoluare

Biosinteza osului

Aplicaii medicale

Industria chimica

Definiie: Gravimetria este o metoddeanalizcantitativbazatpe transformareaspeciei de interes (analit) intr-un compusgreu solubil si msurarea cu precizie a

masei de precipitat rezultate.Etapele analizei: se dizolvproba

cntrit; printr-un procedeu adecvat senlturspeciile ce pot interfera n metoda

aleas; se ajusteazcondiiileexperimentale (pH, stare de oxidare,concentraie); se adaugagentul de

precipitare adecvat (organic sauanorganic); precipitarea se realizeazla

cald; se separprecipitatul prin filtrare; sespalprecipitatul; se usuc, se calcineaz

i se aduce la masconstant; secalculeazconstituentul analizat din prob

conform reaciei stoechiometrice.


31/38

31

Aplicaii ale reaciilor de precipitare:

Separarea cationilor pe grupe analitice

- Precipita cu HCl diluat, la rece cu

obinere de precipitate albe

Ag+; 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 suntsolubile in mediu alcalin

Cu2+, Cd2+; Hg2+;

Bi3+

; Bi5+

; Pb2+

;Pb4+; As3+; As5+;

Sb3+; Sb5+

H2S,pH=0,51II

precipita sub forma de sulfuri sauhidroxizi; precipitatele sunt solubile inmediu acid

Ni2+

;Co2+;

Fe2+

;Fe3+; Al3+; Cr3+;Zn2+; Mn2+

(NH4)2S; pH=8-9Sol. tamponNH4Cl/NH3

III

Ca2+;Sr2+; Ba2+(NH4)2CO3; pH=8-

9; sol. tamponNH4Cl/NH3

IV

NH4+; K+; Na+;

Mg2+-V

ObservaiiCationiReactivul de

grupaGr.

S h l d


32/38

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 I

AgCl; 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, BaCO3Grupa V:

NH4+, Na+, K+; Mg2+

(NH4)2CO3, pH8-9

Schema generala de separarea cationilor pe grupe analitice


33/38

33


Gravimetria


Depoluare

Biosinteza osului

Aplicaii medicale

Industria chimica

Utilizata in determinarea cantitativa a

halogenilor si a semihalogenilor (CN- siSCN-)1. Metoda MohrReacia de precipitare este:

Reacia de culoare

2. Metoda VolhardSe lucreazcu un exces de AgNO3 excesulde AgNO3 fiind ulterior titrat cu KSCN, inprezenta de Fe3+.

sCl Ag AgCl K =1,8 10

+ + 10

2 4

2 12

4 2 4 s(Ag CrO )2Ag CrO Ag CrO K =1,7 10+

+


34/38

34


Gravimetria


Depoluare

Biosinteza osului

Aplicaii medicale

Industria chimica

Metalele grele sunt uzual

ndeprtate din ape prin reaciide reci itare.

pH


35/38

35

Etapele procesului

de epurare aapelor prin

procese fizico-chimice


36/38

36


Gravimetria


Depoluare

Biosinteza osului

Aplicaii medicale

Industria chimica

Biosinteza esutului dur (oase, dini: smal

si dentina) are la baza reacia deprecipitare dintre Ca2+ si PO4

3- conformreaciei:

5Ca2+ + 3PO43- + HO- => Ca5(PO4)3OH

3Ca2+ + 2PO43- => Ca3(PO4)2

5Ca2+ + 3PO43- + F- => Ca5(PO4)3F

Reaciile de precipitare sunt intens utilizatein obinerea unor biomateriale:

2Fe3+ + Fe2+ + 8HO- => Fe3O4 + 4H2OAl3+ + 3HO- => Al(OH)3

2Al(OH)3 => Al2O3 + 3H2O


37/38

37


Gravimetria


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


38/38

38

Va mulumesc pentru atenie

reactii de precipitare si aplicatiile acestora

Documents