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

  • Published on
    24-Feb-2018

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

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