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16.13:

Precipitação de Íons

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Precipitation of Ions

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Se as soluções de dois compostos iónicos forem misturadas, como o iodeto de sódio e o nitrato de chumbo os cátions de uma solução pode combinar com os ânions da outra. Como um dos produtos cruzados nitrato de sódio é solúvel na água, os íons de sódio e nitrato continuam a permanecer na solução, enquanto os íons de chumbo e iodeto formam um precipitado de iodeto de chumbo. O quociente de reação, Q, da reação de dissolução é igual ao produto das concentrações de chumbo e íons de iodeto.Ao contrário do produto de solubilidade Ksp, o quociente de reação envolve concentrações de íons em qualquer etapa, não apenas no equilíbrio. Os valores de Q e Ksp podem ser comparados para prever se uma reação de precipitação irá ocorrer. Consideremos uma adição por gota de solução de iodeto de sódio à solução de nitrato de chumbo.No início, Q é inferior a Ksp, e íons de chumbo e de iodeto estão em solução com os íons de sódio e de nitrato. Esta é uma solução insaturada. Como é adicionado mais iodeto de sódio, a concentração de íons de iodeto continua a aumentar.A reação atingiu o equilíbrio quando Q é igual a Ksp. Nesta fase, uma pequena quantidade de iodeto de chumbo sólido está em equilíbrio dinâmico com os íons, formando uma solução saturada. A adição adicional de iodeto de sódio torna Q maior do que Ksp, e a reação desloca-se em direção ao precipitado.Esta é uma solução supersaturada, onde a precipitação continua até que as concentrações de íons sejam reduzidas aos seus valores de equilíbrio. Por exemplo, suponhamos que a mistura das soluções de iodeto de sódio e chumbo resulta numa solução que contém 1, 6 10-⁴ molar de íons de chumbo, e, 4, 0 10-⁴ molar de íons de iodeto. Aqui, Q é igual a 2, 6 10-¹¹, enquanto o Ksp para o iodeto de chumbo é 1.4 10⁻⁸.Porque Q é menor do que Ksp, o iodeto de chumbo não se precipitará. Prever as reações de precipitação pode ser muito útil durante a separação de compostos iónicos. Consideremos uma solução com dois íons metálicos, chumbo e cobre Se for acrescentado ácido clorídrico a esta solução, o cloreto de chumbo precipita-se porque tem um Ksp pequeno, enquanto o cobre permanece na solução como cloreto de cobre pois é altamente solúvel na água.Esta técnica é chamada de precipitação seletiva.

16.13:

Precipitação de Íons

Previsão de Precipitação

A equação que descreve o equilíbrio entre o carbonato de cálcio sólido e os seus iões solvatados é:

Eq1

É importante perceber que esse equilíbrio se estabelece em qualquer solução aquosa contendo iões Ca2+ e CO32–, não apenas em uma solução formada por água saturada com carbonato de cálcio. Considere, por exemplo, a mistura de soluções aquosas dos compostos solúveis carbonato de sódio e nitrato de cálcio. Se as concentrações de iões de cálcio e carbonato na mistura não produzirem um quociente de reação, Q, que exceda o produto de solubilidade, Ksp, então não ocorrerá precipitação. Se as concentrações de iões produzirem um quociente de reação superior ao produto de solubilidade, então ocorrerá precipitação, diminuindo essas concentrações até que seja estabelecido o equilíbrio (Q = Ksp). A comparação de Q com Ksp para prever a precipitação é um exemplo da abordagem geral para prever a direção de uma reação. Para o caso específico dos equilíbrios de solubilidade:

Q < Ksp: A reação prossegue na direção direta (a solução não está saturada; não é observada precipitação)

Q > Ksp: A reação prossegue na direção inversa (a solução está supersaturada; ocorrerá precipitação)

Em soluções que contenham dois ou mais iões que possam formar compostos insolúveis com o mesmo contraião, pode ser utilizada uma estratégia experimental chamada precipitação selectiva para remover iões individuais da solução. Aumentando a concentração do contraião de forma controlada, os iões em solução podem ser precipitados individualmente, assumindo que as suas solubilidades de composto são adequadamente diferentes. Em soluções com concentrações iguais de iões alvo, o ião que forma o composto menos solúvel irá precipitar primeiro (com a menor concentração de contraiões). Os outros iões precipitam-se posteriormente à medida que as solubilidades dos seus compostos são alcançadas.

Precipitação de Halogenetos de Prata

Uma solução contém 0,00010 mol de KBr e 0,10 mol de KCl por litro. AgNO3 é gradualmente adicionado a esta solução. O que se forma primeiro, AgBr sólido ou AgCl sólido?

Os dois equilíbrios envolvidos são:

Eq2

Se a solução contivesse concentrações mais ou menos iguais de Cl e Br, então o sal de prata com menor Ksp (AgBr) precipitaria primeiro. No entanto, as concentrações não são iguais, pelo que deve ser calculado a [Ag+] a que AgCl começa a precipitar e a [Ag+] a que AgBr começa a precipitar. O sal que se forma à menor [Ag+] precipita primeiro.

AgBr precipita quando Q = Ksp para AgBr

Eq3

AgBr começa a precipitar quando [Ag+] é 5,0 × 10−9 M.

Para AgCl:

AgCl precipita quando Q é igual a Ksp para AgCl (1,6  × 10-10). Quando [Cl] = 0,10 M:

Eq4

AgCl começa a precipitar quando [Ag+] é 1,6  × 10-9 M.

AgCl começa a precipitar a uma menor [Ag+] do que AgBr, pelo que AgCl começa a precipitar primeiro. Note que a concentração de iões cloreto da mistura inicial era significativamente maior que a concentração de iões brometo, e assim o cloreto de prata precipita primeiro apesar de ter um Ksp maior que o de brometo de prata.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Firsching, Ferdinand Henry. "Selective precipitation of silver halides from homogeneous solution. Separation of iodide, bromide, and chloride using volatilization of ammonia." Analytical Chemistry 32, no. 13 (1960): 1876-1878.
  2. Reynolds, John P. "Ksp experiment: The solubility product for barium hydroxide." Journal of Chemical Education 52, no. 8 (1975): 521.
  3. Hou, Miaolin, and George L. Baughman. "Predicting the precipitation of acid and direct dyes in natural waters." Dyes and pigments 18, no. 1 (1992): 35-46.