Curs - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora

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



Reacii de tip oxidant/reductor

Oxidant + reductor => produi

2CO + O2 = 2CO2CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

H2 + Cl2 = 2HCl



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



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)

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

11

Reprezentarea schematica a procesului de dizolvare a unei substane ionice, in apa

12

Constante de solubilitate

13


14


15


16


17


18


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





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





pH-ul soluiei

Presiunea

27





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





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





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


Gravimetria


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


Gravimetria


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


Gravimetria


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


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

Va mulumesc pentru atenie

Documents

Curs - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora