En una solución acuosa , la precipitación es el proceso de transformar una sustancia disuelta en un sólido insoluble a partir de una solución sobresaturada . [1] [2] El sólido formado se llama precipitado . [3] En el caso de una reacción química inorgánica que conduce a la precipitación, el reactivo químico que causa la formación del sólido se llama precipitante . [4]
El líquido claro que queda encima de la fase sólida precipitada o centrifugada también se llama sobrenadante o sobrenadante .
La noción de precipitación también puede extenderse a otros dominios de la química ( química orgánica y bioquímica ) e incluso aplicarse a las fases sólidas (por ejemplo, metalurgia y aleaciones ) cuando las impurezas sólidas se segregan de una fase sólida.
La precipitación de un compuesto puede ocurrir cuando su concentración excede su solubilidad . Esto puede deberse a cambios de temperatura, evaporación de disolventes o mezcla de disolventes. La precipitación ocurre más rápidamente en una solución fuertemente sobresaturada.
La formación de un precipitado puede deberse a una reacción química. Cuando una solución de cloruro de bario reacciona con ácido sulfúrico , se forma un precipitado blanco de sulfato de bario . Cuando una solución de yoduro de potasio reacciona con una solución de nitrato de plomo (II) , se forma un precipitado amarillo de yoduro de plomo (II) .
La formación de precipitados es útil para detectar el tipo de catión en una sal . Para hacer esto, primero reacciona un álcali con la sal desconocida para producir un precipitado que es el hidróxido de la sal desconocida. Para identificar el catión se anota el color del precipitado y su solubilidad en exceso. A menudo se utilizan procesos similares en secuencia; por ejemplo, una solución de nitrato de bario reaccionará con iones sulfato para formar un precipitado sólido de sulfato de bario , lo que indica que es probable que haya iones sulfato presentes.
Un ejemplo común de precipitación a partir de una solución acuosa es el del cloruro de plata . Cuando se agrega nitrato de plata (AgNO 3 ) a una solución de cloruro de potasio (KCl) se observa la precipitación de un sólido blanco (AgCl). [5] [6]
La ecuación iónica permite escribir esta reacción detallando los iones disociados presentes en solución acuosa.
El reductor de Walden es un ejemplo de una reacción de reducción acompañada directamente por la precipitación de un compuesto menos soluble debido a su menor valencia química:
El reductor de Walden formado por diminutos cristales de plata obtenidos por la inmersión de un alambre de cobre en una solución de nitrato de plata se utiliza para reducir a su valencia inferior cualquier ion metálico situado encima del par de plata (Ag + + 1 e – → Ag) en el Escala de potencial redox .
Sin suficientes fuerzas de atracción ( p. ej ., fuerza de Van der Waals ) para agregar las partículas sólidas y eliminarlas de la solución por gravedad ( sedimentación ), permanecen en suspensión y forman coloides . La sedimentación puede acelerarse mediante centrifugación a alta velocidad . La masa compacta así obtenida se denomina a veces "pellet".
La digestión, o envejecimiento del precipitado , ocurre cuando un precipitado recién formado se deja, generalmente a una temperatura más alta , en la solución de la que precipita. Da como resultado partículas recristalizadas más puras y más grandes. El proceso fisicoquímico que subyace a la digestión se llama maduración de Ostwald . [7] [8]
Si bien las reacciones de precipitación se pueden usar para producir pigmentos , eliminar iones de una solución en el tratamiento de agua y en el análisis inorgánico cualitativo clásico , la precipitación también se usa comúnmente para aislar los productos de una reacción orgánica durante las operaciones de procesamiento y purificación. Idealmente, el producto de la reacción es insoluble en el disolvente utilizado para la reacción. Así, precipita a medida que se forma, formando preferentemente cristales puros . Un ejemplo de esto sería la síntesis de porfirinas en ácido propiónico a reflujo . Al enfriar la mezcla de reacción a temperatura ambiente, los cristales de porfirina precipitan y se recogen mediante filtración en un filtro Büchner como se ilustra en la fotografía al lado: [9]
También puede producirse precipitación cuando se añade un antidisolvente (un disolvente en el que el producto es insoluble), lo que reduce drásticamente la solubilidad del producto deseado. Posteriormente, el precipitado puede separarse fácilmente mediante decantación , filtración o centrifugación . Un ejemplo sería la síntesis de cloruro de tetrafenilporfirina Cr 3+ : se añade agua a la solución de dimetilformamida (DMF) en la que se produjo la reacción y el producto precipita. [10] La precipitación es útil para purificar muchos otros productos: por ejemplo , el bmim -Cl crudo se recoge en acetonitrilo y se deja caer en acetato de etilo , donde precipita. [11]
La purificación y separación de proteínas se puede realizar mediante precipitación cambiando la naturaleza del disolvente o el valor de su permitividad relativa ( p. ej ., reemplazando el agua por etanol ) o aumentando la fuerza iónica de la solución. Como las proteínas tienen estructuras terciarias y cuaternarias complejas debido a su plegamiento específico y diversas interacciones intermoleculares débiles ( p. ej ., puentes de hidrógeno), estas superestructuras pueden modificarse y las proteínas pueden desnaturalizarse y precipitarse. Otra aplicación importante de un antisolvente es la precipitación de ADN con etanol .
En fases sólidas, la precipitación ocurre si la concentración de un sólido está por encima del límite de solubilidad en el sólido huésped, debido, por ejemplo, a una rápida extinción o implantación de iones , y la temperatura es lo suficientemente alta como para que la difusión pueda conducir a la segregación en precipitados. La precipitación en sólidos se utiliza habitualmente para sintetizar nanoclusters . [12]
En metalurgia , la precipitación de una solución sólida también es una forma de fortalecer las aleaciones .
La precipitación de fases cerámicas en aleaciones metálicas como los hidruros de circonio en el revestimiento de zircaloy de las clavijas de combustible nuclear también puede hacer que las aleaciones metálicas se vuelvan quebradizas y provocar fallos mecánicos. Por lo tanto, dominar correctamente las condiciones precisas de temperatura y presión durante el enfriamiento de los combustibles nucleares gastados es esencial para evitar dañar sus revestimientos y preservar la integridad de los elementos combustibles gastados a largo plazo en contenedores de almacenamiento secos y en condiciones de eliminación geológica.
La precipitación con hidróxidos es probablemente el proceso de precipitación industrial más utilizado en el que se forman hidróxidos metálicos añadiendo hidróxido de calcio ( cal apagada ) o hidróxido de sodio ( sosa cáustica ) como precipitante.
Los polvos derivados de diferentes procesos de precipitación también se han conocido históricamente como 'flores'.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link); Volumen Colectivo , vol. 10, pág. 184