curs 08 - reactii chimice. reactii de precipitare si aplicatiile acestora
TRANSCRIPT
-
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
3/38
3
Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare
Reacii de oxido-reducere
Reacii de precipitare
Reacii de complexare
Reacii de tip oxidant/reductor
Oxidant + reductor => produi
2CO + O2 = 2CO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
H2 + Cl2 = 2HCl
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
4/38
4
Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare
Reacii de oxido-reducere
Reacii de precipitare
Reacii de complexare
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
5/38
5
Tipuri de reacii chimice
Reacii de neutralizare
Reacii de oxido-reducere
Reacii de precipitare
Reacii de complexare
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]
-
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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.
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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)
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
8/38
8
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
10/38
10
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
11/38
11
Reprezentarea schematica a procesului de
dizolvare a unei substane ionice, in apa
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
12/38
12
Constante de solubilitate2
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
13/38
13
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
14/38
14
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
15/38
15
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
16/38
16
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
17/38
17
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
18/38
18
Constante de solubilitate
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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.
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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+
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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).
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
23/38
23
Solubilitatea compusilor ionici
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
25/38
25
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor
implicate in reacia de
precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
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.
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
26/38
26
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor
implicate in reacia de
precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
pH-ul soluiei
Presiunea
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
27/38
27
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor
implicate in reacia de
precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
28/38
28
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor
implicate in reacia de
precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
29/38
29
Factorii care influeneaz solubilitatea
Concentraia speciilor
implicate in reacia de
precipitare
Influena ionului comun
Temperatura de lucru
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
33/38
33
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
34/38
34
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
Depoluare
Biosinteza osului
Aplicaii medicale
Industria chimica
Metalele grele sunt uzual
ndeprtatedin ape prin reaciide reci itare.
pH
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
35/38
35
Etapele procesului
de epurare a
apelor prin
procese fizico-chimice
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
36/38
36
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
37/38
37
Aplicaii ale reaciilor de precipitare
Gravimetria
Volumetria de precipitare
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
-
7/25/2019 Curs 08 - Reactii Chimice. Reactii de Precipitare Si Aplicatiile Acestora
38/38
38
Va mulumesc pentru atenie