Otro tipo de reacciones de gran utilidad en el análisis químico, son las de precipitación, las cuales presentan sistemas dinámicos en las que se establecen equilibrios químicos regidos por la ley de acción de masas.
Recordemos que la solubilidad de una sustancia se refiere a las condiciones de equilibrio que se establecen entre el soluto disuelto y el que está sin disolverse en un sistema. Recibe el nombre de solubilidad, la cantidad máxima de sustancia que de ella pueda admitir el solvente en condiciones definidas de temperatura. A este sistema se le denomina solución saturada.
Si la sustancia disuelta se encuentra por debajo de este punto, se dice que es una disolución no saturada u si está sobre el punto de saturación, pero con soluto disuelto, se llama disolución sobresaturada. Las disoluciones sobresaturadas son sistemas inestables, los cuales, por factores como el reposo, pueden precipitar la parte del soluto que se encuentra en exceso.
Cuando se precipita una sustancia, se establece un equilibrio entre dos fases: la de la disolución y la del soluto sin disolver. Este equilibrio es dinámico y puede desplazarse de reactivos a productos y viceversa. Entre los factores que pueden afectar este equilibrio, se encuentra principalmente la temperatura, la cual generalmente al aumentar, incrementa la solubilidad del soluto.
Una de las razones para que estudies reacciones por precipitación es para que desarrolles habilidades para realizar el análisis de sustancias que se determinan mediante este tipo de reacciones. Pero veamos cómo se realizan las reacciones por formación de precipitados.
3. 3. 1. Formación de precipitados.
Tomando como base el principio de Le Chatelier, recibe el nombre de producto de solubilidad a la constante de equilibrio Kps que se establece en una solución saturada, entre el soluto no disuelto y sus iones presentes en la disolución. Por ejemplo, consideremos el equilibrio de la reacción de disolución del cloruro de plata:
Como el sólido es ligeramente soluble, las concentraciones de los iones Ag+ y Cl- son pequeñas además de ser las responsables del equilibrio, por lo que:
3. 3. 2. Valoraciones por precipitación.
En las valoraciones por formación de precipitados, se forma un compuesto poco soluble entre el titulante y el analito.
En las reacciones más importantes de la volumetría por precipitación interviene la plata, por lo que se le denomina volumetría por argentometría.
Ilustración 1 Volumetría por argentometría.
El
ejemplo más sencillo de los métodos argentométricos, es la determinación de
cloruros presentes en una muestra de agua, utilizando como agente titulante al
nitrato de plata
Existen algunos métodos volumétricos por precipitación, que son ampliamente utilizados en los análisis químicos:
1. Método de Gay Lussac (1832): este método fue establecido para la dosificación rápida y exacta de la plata en los laboratorios de la casa de moneda de Francia.
El procedimiento se realiza sin la presencia de un indicador. El punto final de la valoración se detecta por la desaparición del enturbiamiento. Esto requiere de experiencia, ya que la valoración es compleja.
2. Método de Mohr (1856): en este método, se utiliza el cromato de potasio como indicador del punto final de la reacción entre los iones cloro (o bromo) y los iones plata.
El procedimiento se basa en las diferentes solubilidades de los precipitados de cloruro de plata y de cromato de plata.
a. Cloruro de plata (precipitado blanco).
b. Cromato de plata (precipitado rojo).
Mientras
exista la presencia de iones cloruro en
la disolución, tendrá lugar la formación del cloruro de plata. Sin embargo,
cuando todo el cloro se ha precipitado, un ligero exceso de iones plata
producirá cromato de plata, el cual es detectado por la formación de un tinte
rojizo, que indica el final de la titulación.
3. Método de Volhard (1878): en este método se utiliza el alumbre férrico como indicador para la titulación de la plata con tiocianato de potasio. Durante la reacción se forma un precipitado blanco en el momento en que la plata ha reaccionado por completo, comienza a formarse el compuesto insoluble de sulfocianuro de plata, de color blanco. Un ligero exceso de sulfocianuro reaccionara con los iones férricos del alumbre presente para dar complejos del tipo de sulfocianato férrico, de color rojo. Cuando la solución adquiere un tinte rojizo permanente, se habrá llegado al final de la reacción.
3. 3. 3. Gravimetría por precipitación.
Una de las principales divisiones de la química analítica, es el análisis gravimétrico, en el que se determina la masa del analito. Este se aísla de otros componentes y de su disolvente.
Los análisis gravimétricos pueden ser:
1. Por precipitación: cuando el analito es separado en forma de precipitado y posteriormente se determina su masa.
2. Por volatilización: por medio de este procedimiento se analizan los componentes de una muestra al modificar la temperatura. La masa se determina hasta que no haya variación de esta.
La formación de precipitados se puede explicar por medio de dos procesos: por nucleación o por crecimiento de partícula. La nucleación consiste en la acumulación de cantidades pequeñas de iones, átomos o moléculas, formando de esta manera un sólido estable. Por otra parte, el crecimiento de partícula, como su nombre lo indica, algunas partículas incrementan su tamaño.
Como mencionamos anteriormente, los precipitados formados deben ser poco solubles. De manera normal, se determina la masa del precipitado y a partir de ella se indica el porcentaje o cantidad de analito presente en la muestra.
Sin embargo, los pesos obtenidos en forma experimental no corresponden directamente al analito, sino a algún compuesto. Por este motivo, debe multiplicarse el dato experimental por una constante llamada factor químico o gravimétrico.
Por
ejemplo, el fósforo contenido en una muestra de peso igual 0.5428g, se precipita
en forma de . Si el precipitado después de
calcinado tuvo una masa de 0.2234g, ¿Cuál será el porcentaje de
en
la muestra?
Recordemos que el punto de la fórmula significa unión con agua o hidratado.
