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Química inorgânica SAIS E REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO 1 Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 Objetivos ....................................................................................................................................... 2 1. Sais e Reações de precipitação ............................................................................................ 2 1.1. A precipitação e a solubilidade .................................................................................... 2 1.2. Reações de Precipitação .............................................................................................. 3 Exercícios ...................................................................................................................................... 6 Gabarito ........................................................................................................................................ 7 Resumo ......................................................................................................................................... 7 2 Introdução Na aula solubilidade dos sais entendemos a importância de um sal ser solúvel ou insolúvel em solução aquosa. Nesta aula iremos detalhar sobre as reações de precipitação. A precipitação está diretamente relacionada com a solubilidade. Essa precipitação pode ser física ou química. Para descrever a reação de precipitação de forma correta devemos escrever a equação iônica completa e para destacar a formação do precipitado escrevemos a equação iônica simplificada. As reações de precipitação são muito importantes na área da Química. Esse tipo de transformação já foi utilizado como “tinta invisível” na 1ª Guerra Mundial para o envio de mensagens secretas pelos espiões. Além disso, a precipitação está relacionada com as estalactites e estalagmites formadas nas cavernas. No mesmo aspecto, podemos citar a formação dos cálculos renais (pedras nos rins) que se formam pelo processo de precipitação. Objetivos • Associar a precipitação à solubilidade; • Visualizar a precipitação em diversos processos. 1. Sais e Reações de precipitação 1.1. A precipitação e a solubilidade As precipitações podem ser classificadas como fenômenos físicos ou fenômenos químicos. Relembrando que fenômenos físicos não originam novas substâncias, ou seja, representam transformações nas quais as substâncias de origem e os produtos formados são os mesmos. Como exemplo podemos citar uma mudança de estado físico. Por outro lado, fenômenos químicos envolvem a transformação efetiva de substâncias de origem em novos produtos do sistema. Vamos considerar um caso específico de fenômeno físico de precipitação. Ao aquecer mistura de água com sal em uma panela, a água vai ferver e vai vaporizando e, mesmo antes de a água vaporizar por completo, aparecerão cristais de sal (cloreto de sódio) no fundo da panela. Esses cristais representam o precipitado. Ele é formado devido a diminuição de água líquida na panela e a nova quantidade não é suficiente para manter o sal dissolvido. Neste aspecto, a concentração da solução mudou e a solução que era insaturada passou a ser supersaturada. Esse processo 3 pode ser denominado de fenômeno físico por não existir o surgimento de uma nova substância. Ao retomar o conteúdo da aula anterior, percebemos que a precipitação está diretamente ligada a solubilidade. Os fenômenos de precipitação estão diretamente ligados a solubilidade. Estes processos podem ser físicos ou químicos. Esses fenômenos ocorrem em solução aquosa e envolvem a participação de compostos iônicos (como sais e bases). Uma substância iônica é solúvel em água quando sofre dissociação e as moléculas de água provocam a solvatação dos íons presentes em solução. De maneira mais detalhada, um sal é solúvel quando a atração entre as moléculas de água e os íons são mais fortes do que a atração entre os próprios íons. Caso contrário, se a atração entre os cátions e ânions ainda for maior do que as interações com o solvente, o sal permanece insolúvel (forma-se o precipitado). SAIBA MAIS ______________________________________________________________________ 1.2. Reações de Precipitação Um precipitado representa a formação de um sólido dentro de um líquido ou uma mistura de líquidos diferentes, geralmente em meio aquoso. A precipitação é o surgimento deste sólido na reação química. As reações podem formar sólidos coloridos ou brancos mesmo a partir da mistura de líquidos incolores. Normalmente o precipitado fica mais evidente nos casos de soluções supersaturadas. Em soluções saturadas e insaturadas, é muito mais difícil de se visualizar o precipitado. Uma reação química em solução aquosa apresenta espécies químicas dissociadas. Nesse aspecto, pode-se representar esse tipo de reações por meio de equações iônicas. Por exemplo, em uma solução aquosa de cloreto de sódio: Outra maneira de compreender a precipitação envolvendo a solubilidade é pelo limite da solubilidade de um dos sais formados na reação química. Temos agora a representação do fenômeno químico. Ocorre precipitação do produto menos solúvel quando os sais originais são mais solúveis no solvente do que um dos produtos. 4 NaCℓ(aq)→ Na+(aq) + Cℓ-(aq) Nesta reação podemos perceber que a dissociação iônica do cloreto de sódio forma os íons sódio e cloreto. Analisando a dissociação iônica do nitrato de prata: AgNO3(aq)→ Ag+(aq) + NO3-(aq) Nesta reação podemos perceber que a dissociação iônica há a formação dos íons prata e nitrato. Ao misturarmos essas duas soluções, os íons Ag+ do nitrato de prata irão reagir com os íons Cℓ- do cloreto de sódio, formando o precipitado cloreto de prata (AgCℓ(s)). Lembrando da aula anterior que todos os cloretos são solúveis exceto os de prata, chumbo e mercúrio. A reação química completa entre o cloreto de sódio e o nitrato de prata é: NaCℓ(aq) + AgNO3(aq) →AgCl(s) + NaNO3(aq) A equação iônica completa é dada por: Na+(aq) + Cℓ-(aq) + Ag+(aq) + NO3-(aq) → AgCl(s) + Na+(aq) + NO3-(aq) De maneira simplificada costumamos representar apenas a parte da reação que formou o precipitado. Neste aspecto temos: Ag+(aq) + Cℓ-(aq) → AgCl(s)(↓) O cloreto de prata é um sólido branco e costumamos identificar o precipitado formado na reação através do símbolo (↓). Vamos retomar ao exemplo da tinta invisível. Os sais presentes na reação são: iodeto de potássio e nitrato de chumbo, ambos bastantes solúveis em solução aquosa. A reação química completa é: KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) →PbI2(s) + KNO3(aq) A equação iônica completa é dada por: K+(aq) + I-(aq) + Pb+2(aq) + NO3-(aq) → PbI2(s) + K+(aq) + NO3-(aq) De maneira simplificada costumamos representar apenas a parte da reação que formou o precipitado. Neste aspecto temos: Pb+2(aq) + I-(aq) → PbI2(s) (↓) Quando misturamos essas duas soluções salinas, percebe-se que os íons iodeto (I-) echumbo (Pb2+) entrarão em contato. Ao formar o iodeto de chumbo II, percebe-se a formação do precipitado amarelo. Isso ocorre devido aatração entre os íons chumbo (Pb2+) e os íons iodeto (I-) é maior do que as suas interações individuais 5 com o solvente (a água). O outro produto formado no mesmosistema é o nitrato de potássio (KNO3) que é muito solúvel em água e, neste caso, não precipita permanecendo na solução final totalmente dissolvido. Para haver a precipitação do nitrato de potássio é necessário que se evapore a água do sistema. Agora iremos analisar o exemplo dos cálculos renais. Os íons oxalato (C2O42-) são insolúveis em água. Exceções: os oxalatos de metais alcalinos e de amônio (NH4+) são solúveis. As pedras nos rins são causadas pela precipitação do oxalato de cálcio nos rins. O oxalato vem dos vegetais que ingerimos. Estes contêm o ácido oxálico que é muito solúvel em água e percorre facilmente pela corrente sanguínea. O ácido oxálico dissolvido libera o ânion oxalato (C2O42-) no organismo. A ingestão de alimentos ricos em cálcio pode associar este elemento ao oxalato na digestão e na filtragem do sangue através dos rins. Neste momento são formados os cálculos renais. Essas pedras podem causar dores muito fortes, principalmente quando são expelidas em fragmentos de vários tamanhos através da urina, causando cortes internos e sangramentos no sistema urinário. A reação do ácido oxálico com o cálcio é: H2C2O4(aq) + Ca2+(aq)→ CaC2O4(s)(↓) + 2 H+(aq) A equação iônica simplificada seria: C2O42-(aq) + Ca2+(aq)→ CaC2O4(s)(↓) Vamos considerar agora o exemplo da formação das estalactites e estalagmites. Essas estruturas são as formações rochosas nas cavernas calcárias. A formação do precipitado se dá pela reação: Ca2+(aq) + CO32-(aq)→ CaCO3(s)(↓) Para que os íons carbonato(CO32-) estejam presentes é preciso que os íons bicarbonato (HCO3-) que são mais solúveis estejam presentes em águas subterrâneas. Neste aspecto, a água das chuvas (rica em CO2 dissolvido) penetra no solo calcário (rico em CaCO3), e converte o carbonato em bicarbonato de cálcio, que, por sua vez, se dissolve. A reação mostra a formação do bicarbonato: CaCO3(s)(↓) + H2O + CO2→ Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq) Nesse aspecto, a água que vem através do teto das cavernas (é rica em bicarbonato) evapora lentamente e libera o gás carbônico. Essa reação representa o inverso da equação citada acima. Ou seja, o carbonato de cálcio será precipitado novamente aumentando o tamanho das estalactites. Veja a reação: Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)→ H2O + CO2 + CaCO3(s)(↓) Observação: lembre-se sempre de realizar o balanceamento das reações. 6 Quando a água goteja no chão da caverna, realiza a mesma reação, precipitando novamente o carbonato de sódio insolúvel e formando as estalagmites. As cavernas apresentam constante mutação pois as rochas são dissolvidas em alguns pontos e cristalizadas em outros. Esse processo de precipitação do carbonato de cálcio gera um aumento de 0,5 a 2,5 cm por século. Isso faz com que a arquitetura natural das colunas esteja em constante mutação, dissolvendo a rocha em alguns pontos e cristalizando-a em outros, num processo contínuo em que o carbonato de cálcio se cristaliza de aproximadamente 0,5cm a 2,5cm por século. Exercícios 1) (Autor, 2019) O precipitado é o componente sólido que se deposita no fundo de um recipiente a partir de uma reação química. Qual dos componentes descritos abaixo poderia ser misturado ao cloreto de potássio (KCl) para formar um precipitado? a) KNO3 b) KOH c) HNO3 d) Pb(NO3)2 e) NaOH 2) (Autor, 2019) Uma reação de precipitação forma uma substância insolúvel em água. Dadas as substâncias abaixo, indique aqueles reagentes que formarão um precipitado: a) KNO3 + NaCl b) AgNO3 + KCl c) NaCl + KI d) KCl + NaNO3 e) NaCl + NaNO3 3) (Autor, 2019) Sais pode ser solúvel ou insolúvel em água. Os seguintes sais inorgânicos são encontrados no organismo humano: fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2] e cloreto de sódio (NaCl). Dados esses dois compostos, de acordo com a sua solubilidade em água, marque a alternativa correta. a) Fosfato de cálcio e cloreto de sódio são sais solúveis em água. 7 b) Fosfato de cálcio e cloreto de sódio são sais praticamente insolúveis em água. c) Fosfato de cálcio é praticamente insolúvel em água, e o cloreto de sódio é solúvel em água. d) Fosfato de cálcio é solúvel em água, e o cloreto de sódio é praticamente insolúvel em água. e) Fosfato de cálcio e cloreto de sódio são sais insolúveis em água. Gabarito 1) Resposta correta, D. O nitrato de chumbo (Pb(NO3)2) ao reagir com o cloreto de potássio (KCl) forma cloreto de chumbo (PbCl2), que é insolúvel. 2) Resposta correta, B. O nitrato de prata ao reagir com cloreto de potássio forma AgCl (insolúvel em água). 3) Resposta correta, C. O íon fosfato (PO43-) forma um sal solúvel apenas com os elementos da família dos metais alcalinos (IA) ou íon amônio (NH4+), então o fosfato de cálcio é praticamente insolúvel em água. Já o cloreto (Cl-), quando está acompanhado de elementos da família dos metais alcalinos (IA), é solúvel em água. Resumo As precipitações podem ser classificadas como fenômenos físicos (não ocorre formação de novas substâncias) ou fenômenos químicos (ocorre formação de novas substâncias). A precipitação é um processo que está diretamente ligado à solubilidade. Grande parte desses fenômenos acontecem em meio aquoso e envolvem substâncias iônicas, como sais e hidróxidos. Um precipitado representa a formação de um sólido dentro de um líquido ou uma mistura de líquidos diferentes, e geralmente ocorrem em meio aquoso. A precipitação é o surgimento deste sólido na reação química. As reações podem formar sólidos coloridos ou brancos mesmo a partir da mistura de líquidos incolores. Para facilitar o estudo sobre as reações de precipitação é importante conhecer a solubilidade dos sais e como escrever as reações iônicas: completa e simplificada. Reações de precipitação comuns: formação de pedra nos rins, formação das estalactites e estalagmites. 8 Referências bibliográficas PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite do. Química na abordagem do cotidiano. 5ª ed. São Paulo: Moderna, 2015. REIS, MARTHA. Química: Vol.1. 1.ed, São Paulo: Ática, 2013.