Factores que afectan la reacción de precipitación

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Los sólidos que se forman durante una reacción entre químicos en solución se llaman precipitados. Las reacciones de precipitación pueden ayudar a aislar productos útiles; también ayudan a investigadores a identificar iones en solución en análisis cualitativos. Por consiguiente, es muy útil entender algunos de los factores que determinan si se formará precipitado y en qué cantidades.

Entropía

La entropía se describe a menudo como una medida de desorden; una manera más precisa de pensar la entropía, sin embargo, es en términos del número de maneras en que puedes arreglar todas las moléculas en un sistema y que conserven la misma energía total. Las leyes de la termodinámica dictan que un cambio espontáneo siempre procede en la dirección de incremento de entropía. Esta es la razón por la cual el calor nunca fluye espontáneamente de objetos fríos a calientes, sólo al revés. La entropía de un sistema sólo puede descender si toma energía del exterior; en otras palabras, si un proceso externo actúa sobre él. Cuando una reacción libera energía térmica, aumenta la temperatura de su entorno, lo que lleva a un incremento de la entropía total.

Energía libre de Gibbs

Una de las ecuaciones más importantes en termodinámica es la definición de energía libre de Gibbs: delta G = delta H - (T x delta S). A presión constante, delta H es la cantidad de energía térmica absorbida o liberada por la reacción; delta S es el cambio de entropía del sistema; delta G es el cambio en el máximo trabajo que un sistema puede hacer sin expandirse. Cualquier proceso que tenga delta G negativo, es espontáneo; mientras que cualquier proceso que tenga delta G positivo, no lo es. Consecuentemente, la formación de un precipitado es espontánea si delta G es negativo.

¿Bajo qué circunstancias delta G será negativa para la formación de un precipitado? En la mayoría de los casos, aunque no todos, delta S será negativa para la formación de un precipitado porque el soluto en solución está más desordenado que el sólido precipitado. En consecuencia, generalmente necesitamos un delta H negativo para hacer que la formación del precipitado sea favorable. Recuerda que cuando un químico se disuelve en agua, las moléculas de ese químico son atraídas a las moléculas de agua. Si la atracción entre las moléculas de soluto es mucho más fuerte que la atracción a las moléculas de agua, la energía se liberará cuando las moléculas de soluto se junten, lo que nos dará un delta H negativo. La fuerza de interacción entre las moléculas de soluto y entre el soluto y las moléculas de agua es, entonces, un factor clave que afecta a la precipitación.

Equilibrio

En cualquier momento dado, algunas moléculas en solución están acercándose para formar el precipitado, mientras que otras están re disolviéndose y siendo arrastradas nuevamente a la solución. En algún punto, se llegará a un equilibrio donde estos dos procesos están ocurriendo a la misma velocidad. Este equilibrio está relacionado con el delta G por la siguiente ecuación: delta G, bajo condiciones estándar, = -RT ln K, donde R es una constante, T es temperatura y K es la constante de equilibrio (relación entre productos y reactivos). La constante de equilibrio para la solubilidad de una sustancia es llamada Kps. Una vez que sabes la Kps, sabes cuál es la cantidad de precipitado de soluto que se formará para una reacción de precipitación.

Efecto del ion común

Los compuestos iónicos se disocian cuando son disueltos en agua. El cloruro de sodio, por ejemplo, se separa en iones sodio y cloruro, cada uno rodeado por un capa de moléculas de agua; cuando precipitan, se vuelven a juntar. Si aumentas la concentración de uno de esos iones, aumentas la cantidad de precipitado porque la Kps es una constante y no ha cambiado. Consecuentemente, si agregas ion cloruro a la solución de cloruro de plata, causaras que se forme más precipitado de cloruro de plata. El efecto del ion común te proporciona una manera de precipitar más de la sustancia que quieres remover de la solución.