O precipitado ou precipitação química é um processo que consiste na formação de um sólido insolúvel a partir da mistura de duas soluções homogêneas. Ao contrário da precipitação de chuvas e neves, neste tipo de precipitação “chove sólido” da superfície do líquido.
Em duas soluções homogêneas, os íons são dissolvidos em água. Quando estes interagem com outros íons (no momento da mistura), suas interações eletrostáticas permitem o crescimento de um cristal ou de um sólido gelatinoso. Devido ao efeito da gravidade, esse sólido acaba se depositando no fundo do vidro.
A precipitação é governada por um equilíbrio iônico, que depende de muitas variáveis: desde a concentração e natureza das espécies intervenientes até a temperatura da água e o tempo de contato permitido do sólido com a água.
Além disso, nem todos os íons são capazes de estabelecer esse equilíbrio, ou seja, nem todos podem saturar a solução em concentrações muito baixas. Por exemplo, para precipitar o NaCl, é necessário evaporar a água ou adicionar mais sal.
Uma solução saturada significa que não pode dissolver mais nenhum sólido, por isso precipita. É por isso que a precipitação também é um sinal claro de que a solução está saturada.
Reação de precipitação
Considerando uma solução com íons A dissolvidos e a outra com íons B, quando misturados, a equação química da reação prevê:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
No entanto, é "quase" impossível para A e B estarem sozinhos inicialmente, necessariamente precisando ser acompanhados por outros íons com cargas opostas.
Nesse caso, A + forma um composto solúvel com a espécie C - e B - faz o mesmo com a espécie D +. Assim, a equação química agora adiciona as novas espécies:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
A espécie A + desloca a espécie D + para formar o sólido AB; por sua vez, a espécie C - desloca B - para formar o sólido solúvel DC.
Ou seja, ocorrem deslocamentos duplos (reação de metátese). Portanto, a reação de precipitação é uma reação de deslocamento de íon duplo.
Para o exemplo da imagem acima, o copo contém cristais de ouro de iodeto de chumbo (II) (PbI 2), um produto da chamada reação de "chuva de ouro":
Pb (NO 3) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
De acordo com a equação anterior, A = Pb 2+, C - = NO 3 -, D = K + e B = I -.
Formação do precipitado
As paredes do copo mostram água condensada do calor intenso. Com que finalidade a água é aquecida? Para retardar o processo de formação dos cristais PbI 2 e acentuar o efeito da chuva dourada.
Ao encontrar dois I - ânions, o Pb 2+ cação formas um pequeno núcleo de três íons, que não é o suficiente para construir um cristal. Da mesma forma, em outras regiões da solução outros íons também se reúnem para formar núcleos; Este processo é conhecido como nucleação.
Esses núcleos atraem outros íons e, assim, crescem para formar partículas coloidais, responsáveis pela turvação amarela da solução.
Da mesma forma, essas partículas interagem com outras para originar coágulos, e esses coágulos com outras, para finalmente originar o precipitado.
No entanto, quando isso ocorre, o precipitado é gelatinoso, com sugestões brilhantes de alguns cristais "vagando" pela solução. Isso ocorre porque a taxa de nucleação é maior do que o crescimento dos núcleos.
Por outro lado, o crescimento máximo de um núcleo se reflete em um cristal brilhante. Para garantir esse cristal, a solução deve estar ligeiramente supersaturada, o que se consegue com o aumento da temperatura antes da precipitação.
Assim, conforme a solução esfria, os núcleos têm tempo suficiente para crescer. Além disso, como a concentração dos sais não é muito alta, a temperatura controla o processo de nucleação. Consequentemente, ambas as variáveis beneficiam o aparecimento de cristais de PbI 2.
Produto de solubilidade
PbI 2 estabelece um equilíbrio entre ele e os íons em solução:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
A constante desse equilíbrio é chamada de constante do produto de solubilidade, K ps. O termo "produto" refere-se à multiplicação das concentrações dos íons que compõem o sólido:
K ps = 2
Aqui, o sólido é formado pelos íons expressos na equação; entretanto, ele não considera o sólido nesses cálculos.
As concentrações de íons Pb 2+ e íons I - são iguais à solubilidade do PbI 2. Ou seja, ao determinar a solubilidade de um deles, a do outro e a constante K ps podem ser calculadas.
Para que servem os valores de K ps para compostos pouco solúveis em água? É uma medida do grau de insolubilidade do composto a uma determinada temperatura (25ºC). Assim, quanto menor for um K ps, mais insolúvel ele será.
Portanto, ao comparar esse valor com os de outros compostos, pode-se prever qual par (por exemplo, AB e DC) precipitará primeiro. No caso do composto hipotético DC, seu K ps pode ser tão alto que requer concentrações mais altas de D + ou C - em solução para precipitar.
Essa é a chave para o que é conhecido como precipitação fracionária. Da mesma forma, sabendo o K ps de um sal insolúvel, pode-se calcular a quantidade mínima para precipitá-lo em um litro de água.
No entanto, no caso de KNO 3 não existe tal equilíbrio, portanto falta K ps. Na verdade, é um sal altamente solúvel em água.
Exemplos
As reações de precipitação são um dos processos que enriquecem o mundo das reações químicas. Alguns exemplos adicionais (além da chuva dourada) são:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
A imagem superior ilustra a formação do precipitado de cloreto de prata branco. Em geral, a maioria dos compostos de prata tem cores brancas.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Forma-se um precipitado branco de sulfato de bário.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
O precipitado azulado de sulfato de cobre (II) dibásico se forma.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
O precipitado laranja de formas de cromato de prata.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2 NaCl (aq)
O precipitado branco de carbonato de cálcio, também conhecido como calcário, se forma.
Fe (NO 3) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Finalmente, forma-se o precipitado laranja de hidróxido de ferro (III). Dessa forma, as reações de precipitação produzem qualquer composto.
Referências
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