Download pdf - Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora

7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora

1/38

1

Reacii chimice in soluii apoase: reacii

de precipitare si aplicaiile acestora.

Universitatea POLITEHNICA din Bucureti

Facultatea de Chimie Aplicata i tiina Materialelor

Catedra tiina i Ingineria Materialelor Oxidice i Nanomateriale

2015-2016


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 => produi

Produi = sare (+ H2O)

HCl + NaOH = NaCl + H2O

HCl + NH3 = NH4Cl


3/38

3






Reacii de tip oxidant/reductor

Oxidant + reductor => produi

2CO + O2 = 2CO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

H2 + Cl2 = 2HCl


4/38

4






Reacii ce duc la formarea

unui precipitat

Compus+agent de precipitare=>Precipitat+

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

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

Ca2+

+ HPO42-

=>CaHPO45Ca2++ 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 chimicce se desfoarin soluie icare

duce la formarea unui compus solid; Solubilizarea (dizolvarea) este procesul fizic sau chimic prin care o

substana solidtrece in soluie;

Solubilitatea reprezinto msura cantitiimaxime de substance se

poate dizolva intr-un volum de ap, in condiii date (in special

temperatur, trie ionica, pH, presiune, ); este o constant fiziccaracteristicpentru fiecare substan,in condiiidate;

Soluie saturat soluiacare coninecantitatea maximde substan

dizolvat (echivalentul solubilitii), in condiii date; adugarea unei

cantitisuplimentare de substanain soluia saturatduce la depunerea

acestuia sub formde precipitat (nu se dizolv); Soluia suprasaturateste soluiacare conine dizolvato cantitate mai

mare dectcantitatea 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 concentraieo soluie sfie considerat concentrat.


7/38

7

Reacia 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)


8/38

8


9/38

9

Reacia de disociere

Reacia invers precipitrii este dizolvarea. Dizolvarea presupune

disocierea precipitatului in ioni. Reaciade disociere este:

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

pKs= -lgKs

unde Kseste constanta de solubilitate; pKs este cologaritmul constantei

de solubilitate; [A+] si [Y-] reprezint concentraiamolara respectivelor

specii ionice (din soluie)

In funciede Ks substanelese pot clasifica in solubile (Ks>>) sau GREU

SOLUBILE (insolubile) (Ks


10/38

10


11/38

11

Reprezentarea schematica a procesului de

dizolvare a unei substane ionice, in apa


12/38

12

Constante de solubilitate2


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

AmBn mAn+ + nBm- Ks=[A

n+]m[Bm-]n

S mS nS

n m n m m nss s n m

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

m n

Compus Ks S(mol/L) S(g/L)

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

AgCl ~1.8*10-10 ~1.34*10-5 ~1,9 mg/L

AgBr ~8,5*10-17 ~9,2*10-9 ~1,7 g/L

Ag2S ~ 8*10-51 ~1.3*10-17 ~3,1*10-12 mg/L


20/38

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 substanefoarte solubile in apa si foarte greu solubile in

solveniorganici sau viceversa. Un astfel de caz este NaCl care este

foarte solubil in apa, parialsolubil in metanol (14,9 g/L 0,25mol/L

Ks~ 0,065) si practic insolubil in eter etilic.

Exista ctevareguli care pot fi utilizate in stabilirea solubilitiisau

insolubilitiianumitorsubstanein apin funciede clas.


21/38

21

Compui ionici solubili

Clasa de compui Excepii

Srurile metalelor

alcaline precum si

srurile de amoniu

-

Nitrai -

Acetai -

Cloruri Ag+, Hg22+ i Pb2+

Bromuri Ag+

, Hg22+

i Pb2+

Ioduri Ag+, Hg22+ i Pb2+

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


22/38

22

Compui ionici insolubili

Clasa decompui

Excepii

Sulfuri (S2-) NH4S; sulfurile metalelor alcaline (grupa 1IA) precum si

sulfurile de Ca2+, Sr2+si Ba2+

Carbonai (CO3

2-

)

Carbonaiimetalelor alcaline si (NH4)2CO

3

Fosfai (PO43-) Fosfaiimetalelor alcaline si (NH4)2PO4

Hidroxizi (HO-) NH4OH; hidroxizii metalelor alcaline (grupa 1IA) precum

si hidroxizii de Sr2+ si Ba2+ (Ca(OH)2este parialsolubil)

Cromaii (CrO42-) Na2CrO4, K2CrO4, (NH4)2CrO4si MgCrO4

Srurile de Ag+ AgNO3, Ag(C2H3O2), AgF (parial solubil)

Fluorurile Fluorurile metalelor alcaline, NH4F, AgF (parial solubil).


23/38

23

Solubilitatea compusilor ionici


24/38

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


25/38

25


Concentraia speciilor

implicate in reacia de

precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

Coninutulmaxim (din compusul AnB

m) care

se poate dizolva este dat de produsul de

solubilitate; peste aceast cantitate,

compusul nu se mai dizolvsi rmneca

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 asemeneainfluenat de prezena unui ion comun.

Spre exemplu: solubilitatea in ap distilata

AgCl este S=~1,9 mg/Lin timp ce in soluie

KCl 1M este de doar S`=~2,6*10-13 mg/L.


26/38

26




precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea


27/38

27




precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

pH pOH S, mol/L

8 6 5.6

9 5 5.6.10-2

10 4 5.6.10-4

11 3 5.6.10-6

12 2 5.6.10-8

13 1 5.6.10-10

pH-ul soluiei influeneaz in special

solubilitatea hidroxizilor si a acelor sruricare 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

pH pOH S, mol/L

3 11 5.6.1010

4 10 5.6.108

5 9 5.6.106

6 8 5.6.104

7 7 5.6.102

* Este vorba de solubilitatea

Aparenta/teoretica a Mg(OH)2

in apa


28/38

28




precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

pH-ul soluiei influeneaz in specialsolubilitatea hidroxizilor si a acelor sruri

care conin grupri care pot participa

simultan si la diverse echilibre acido-bazice.

AgCH3COOAg++CH

3COO- K

s=1,9.10-3

S S [AcO-]

AcOH+H2OAcO-+H3O

+ Ka= 1,7.10-5

Ks=S.[AcO-]

Ka=([AcO-].10-pH)/[AcOH] =>

[AcOH]=S-[AcO-]

Deci S=f(pH, Ka, Ks)

-pH

s

as

K 10K

KSS


29/38

29




precipitare



pH-ul soluiei

Presiunea

Influena presiunii asupra solubilitii esteimportantmai ales in cazul in care in urma

disocierii si respectiv a reaciilorcare au loc

in soluiese degajo component gazoas.

Astfel solubilitatea carbonailor poate fi

corelat cu presiunea si temperatura, in

special 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 metod de

analiz cantitativ bazat pe transformareaspeciei 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 lacald; 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 reacieistoechiometrice.

A li ii l iil d i it


31/38

31

Aplicaii ale reaciilor de precipitare:

Separarea cationilor pe grupe analitice

Gr.Reactivul de

grupa Cationi Observaii

V - NH4

+; K+; Na+;

Mg2+

IV

(NH4)2CO3; pH=8-

9; sol. tampon

NH4Cl/NH3

Ca2+;Sr2+; Ba2+

III

(NH4)2S; pH=8-9

Sol. tampon

NH4Cl/NH3

Ni2+;Co2+; Fe2+;

Fe3+; Al3+; Cr3+;

Zn2+; Mn2+

precipita sub forma de sulfuri sau

hidroxizi; precipitatele sunt solubile in

mediu acid

II H2S,

pH=0,51

Cu2+, Cd2+; Hg2+;

Bi3+; Bi5+; Pb2+;

Pb4+; As3+; As5+;

Sb3+; Sb5+

Se obinsulfuri greu solubile: CuS, CdS,

Bi2S3, PbS, HgS sunt insolubile inmediu alcalin in timp ce: Bi2S5, PbS2,

As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5sunt solubile

in mediu alcalin

I HCl 2N Ag+; Hg22+; Pb2+

- Precipita cu HCl diluat, la rece cu

obinere de precipitate albe

Schema generala de separare


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- si

SCN-)

1. Metoda Mohr

Reacia de precipitare este:

Reacia de culoare

2. Metoda VolhardSe lucreazcu un exces de AgNO3excesul

de AgNO3 fiind ulterior titrat cu KSCN, in

prezenta 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

ndeprtatedin ape prin reaciide reci itare.

pH


35/38

35

Etapele procesului

de epurare a

apelor prin

procese fizico-chimice


36/38

36


Gravimetria


Depoluare

Biosinteza osului

Aplicaii medicale

Industria chimica

Biosinteza esutuluidur (oase, dini: smal

si dentina) are la baza reacia de

precipitare dintre Ca2+ si PO43- conform

reaciei:

5Ca2+ + 3PO43- + HO- => Ca5(PO4)3OH3Ca2+ + 2PO4

3- => Ca3(PO4)25Ca2+ + 3PO4

3- + F- => Ca5(PO4)3F

Reaciilede precipitare sunt intens utilizate

in obinereaunor biomateriale:2Fe3+ + Fe2+ + 8HO- => Fe3O4+ 4H2O

Al3+ + 3HO- => Al(OH)32Al(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