En una solución acuosa , la precipitación es la "sedimentación de un material sólido (un precipitado) a partir de una solución líquida". [1] [2] El sólido formado se denomina precipitado . [3] En el caso de una reacción química inorgánica que conduce a la precipitación, el reactivo químico que hace que se forme el sólido se denomina precipitante . [4]
El líquido transparente que queda por encima de la fase sólida precipitada o centrifugada también se denomina 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 a partir de una solución muy sobresaturada.
La formación de un precipitado puede ser causada por 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 presente en una sal . Para ello, primero un álcali reacciona con la sal desconocida para producir un precipitado que es el hidróxido de la sal desconocida. Para identificar el catión, se anotan 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 de sulfato para formar un precipitado sólido de sulfato de bario , lo que indica que es probable que haya iones de sulfato presentes.
Un ejemplo común de precipitación a partir de una solución acuosa es el del cloruro de plata . Cuando se añade 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 la solución acuosa.
El reductor de Walden es una ilustración 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 mediante 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 por encima del par plata (Ag ++ 1 e– → Ag) en la escala del potencial redox .
Sin fuerzas de atracción suficientes ( por ejemplo , fuerza de Van der Waals ) para agregar las partículas sólidas y sacarlas de la solución por gravedad ( decantación ), permanecen en suspensión y forman coloides . La sedimentación se puede acelerar mediante centrifugación a alta velocidad . La masa compacta así obtenida a veces se denomina "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. El resultado son partículas recristalizadas más grandes y más puras. El proceso físico-químico subyacente a la digestión se denomina maduración de Ostwald . [7] [8]
Si bien las reacciones de precipitación se pueden utilizar para fabricar pigmentos , eliminar iones de una solución en el tratamiento del agua y en el análisis inorgánico cualitativo clásico , la precipitación también se utiliza comúnmente para aislar los productos de una reacción orgánica durante las operaciones de purificación y elaboración . Idealmente, el producto de la reacción es insoluble en el disolvente utilizado para la reacción. Por lo tanto, precipita a medida que se forma, formando preferiblemente 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 la porfirina precipitan y se recogen por filtración en un filtro Büchner como se ilustra en la fotografía aquí al lado: [9]
La precipitación también puede ocurrir cuando se añade un antidisolvente (un disolvente en el que el producto es insoluble), reduciendo drásticamente la solubilidad del producto deseado. Posteriormente, el precipitado se puede separar fácilmente por 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 vierte en acetato de etilo , donde precipita. [11]
La purificación y separación de proteínas se puede realizar por precipitación, modificando la naturaleza del disolvente o el valor de su permitividad relativa ( p. ej ., sustituyendo el agua por etanol ), o bien aumentando la fuerza iónica de la solución. Como las proteínas tienen estructuras terciarias y cuaternarias complejas debido a su plegamiento específico y a varias interacciones intermoleculares débiles ( p. ej. , puentes de hidrógeno), estas superestructuras se pueden modificar y las proteínas se pueden desnaturalizar y precipitar. Otra aplicación importante de un antidisolvente es la precipitación del ADN con etanol .
En las fases sólidas, la precipitación se produce si la concentración de un sólido es superior al límite de solubilidad en el sólido anfitrión, debido, por ejemplo, a un enfriamiento rápido o a la implantación de iones , y la temperatura es lo suficientemente alta como para que la difusión pueda provocar la segregación en precipitados. La precipitación en sólidos se utiliza de forma rutinaria para sintetizar nanoagrupaciones . [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 las vainas de zircaloy de los pernos de combustible nuclear también puede hacer que las aleaciones metálicas se vuelvan frágiles y provocar su fallo mecánico. Por lo tanto, es esencial dominar correctamente las condiciones precisas de temperatura y presión durante el enfriamiento de los combustibles nucleares gastados para evitar dañar sus vainas y preservar la integridad de los elementos de combustible gastado a largo plazo en contenedores de almacenamiento en seco y en condiciones de eliminación geológica.
La precipitación de hidróxido 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); Volúmenes recopilados , vol. 10, pág. 184.