Chapitre 3 : Les Réactions de Précipitation

 

Chapitre 3 : Les Réactions de Précipitation

Introduction

Les réactions de précipitation sont des processus chimiques où des ions en solution aqueuse se combinent pour former un composé insoluble appelé précipité. Ces réactions sont essentielles en chimie analytique et industrielle pour identifier et séparer des substances. Ce chapitre abordera les concepts de solubilité, produit de solubilité, précipitation, dissolution, diagrammes de solubilité, et les applications des réactions de précipitation, notamment la purification par précipitation.


Section 1 : Solubilité et Produit de Solubilité

Solubilité (S)

La solubilité d'un composé est la quantité maximale de ce composé qui peut se dissoudre dans un solvant à une température donnée pour former une solution saturée. Elle est généralement exprimée en moles par litre (mol/L).

Produit de Solubilité (Ksp)

Le produit de solubilité est une constante d'équilibre qui représente le produit des concentrations molaires des ions constitutifs d'un sel dans une solution saturée. Pour un sel générique ABAB qui se dissout selon l'équation suivante : AB(s)A(aq)++B(aq)AB_{(s)} \leftrightarrow A^+_{(aq)} + B^-_{(aq)}

Le produit de solubilité est donné par : Ksp=[A+][B]K_{sp} = [A^+][B^-]

Pour un sel plus complexe, comme A2B3A_2B_3, la solubilité et le produit de solubilité s'écrivent :  Ksp=[A3+]2[B2]3K_{sp} = [A^{3+}]^2 [B^{2-}]^3

Exemples

  1. Pour le chlorure d'argent (AgClAgCl) : AgCl(s)Ag(aq)++Cl(aq)AgCl_{(s)} \leftrightarrow Ag^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}             Ksp=[Ag+][Cl]


  2. Pour l'hydroxyde de fer(III) (Fe(OH)3Fe(OH)_3) :  Ksp=[Fe3+][OH]3K_{sp} = [Fe^{3+}][OH^-]^3


Section 2 : Précipitation et Dissolution

Précipitation

La précipitation se produit lorsqu'un composé en solution dépasse sa solubilité et forme un solide. Pour qu'une précipitation ait lieu, le produit des concentrations des ions en solution doit être supérieur au KspK_{sp} du sel formé.

Dissolution

La dissolution est le processus inverse de la précipitation où un solide se dissout dans un solvant pour former une solution. La dissolution continue jusqu'à atteindre l'équilibre, où la vitesse de dissolution égale la vitesse de précipitation.

Conditions de Précipitation

Pour déterminer si un précipité se formera, comparez le produit des concentrations ioniques (QQ) avec le KspK_{sp} :

  • Si Q>KspQ > K_{sp}, un précipité se formera.
  • Si Q=KspQ = K_{sp}, la solution est saturée et à l'équilibre.
  • Si Q<KspQ < K_{sp}, aucun précipité ne se formera.

Exemple Pratique

Lorsqu'on mélange des solutions de nitrate de calcium (Ca(NO3)2Ca(NO_3)_2 et de sulfate de sodium (Na2SO4Na_2SO_4), on peut observer la formation de sulfate de calcium (CaSO4CaSO_4) si le produit des concentrations de Ca2+Ca^{2+} et de SO42SO_4^{2-} dépasse le KspK_{sp} du CaSO4 .


Section 3 : Diagrammes de Solubilité

Les diagrammes de solubilité montrent les conditions de précipitation et de dissolution de divers sels dans un graphique représentant les concentrations des ions en solution.

Utilisation des Diagrammes

Ces diagrammes permettent de visualiser :

  • Les zones où les solutions sont insaturées, saturées ou sursaturées.
  • Les points de précipitation et de dissolution pour différentes concentrations et conditions de pH.

Construction d'un Diagramme de Solubilité

Pour construire un diagramme de solubilité :

  1. Déterminez les concentrations d'équilibre des ions pour différentes conditions.
  2. Tracez les courbes de solubilité en fonction des concentrations ioniques.
  3. Identifiez les zones de précipitation (au-dessus de la courbe de solubilité) et de dissolution (en dessous de la courbe).

Exemple : Système Pb2+ClPb^{2+} - Cl^-

Un diagramme de solubilité pour le système Pb2+ClPb^{2+} - Cl^- montre les conditions sous lesquelles le chlorure de plomb (PbCl2PbCl_2) précipite ou se dissout. La courbe de solubilité se déplace en fonction des variations de concentrations des ions Pb2+Pb^{2+} et ClCl^-.


Section 4 : Applications des Réactions de Précipitation

Les réactions de précipitation ont plusieurs applications pratiques, notamment en chimie analytique, en traitement de l'eau et en industrie.

Chimie Analytique

Les précipitations sont utilisées pour identifier la présence de certains ions dans une solution. Par exemple, l'ajout de AgNO3AgNO_3 à une solution contenant des ions chlorure (ClCl^-) forme un précipité blanc de AgClAgCl, confirmant la présence de ClCl^-.

Traitement de l'Eau

Les précipitations permettent d'éliminer les ions métalliques nocifs de l'eau. Par exemple, le traitement de l'eau contaminée par des ions Pb2+Pb^{2+} peut se faire en ajoutant du sulfate de sodium (Na2SO4Na_2SO_4) pour former du sulfate de plomb (PbSO4PbSO_4), un précipité insoluble.

Industrie

Les précipitations sont utilisées dans la fabrication de pigments, de céramiques, et dans la métallurgie pour la séparation et la purification des métaux.


Section 5 : Purification par Précipitation

La purification par précipitation est une technique où des impuretés sont éliminées en formant des précipités sélectifs.

Procédé

  1. Sélection du Précipitant : Choisir un réactif qui réagit spécifiquement avec l'impureté à éliminer.
  2. Formation du Précipité : Ajouter le précipitant à la solution pour former un précipité insoluble avec l'impureté.
  3. Séparation : Filtrer ou décanter le précipité pour le séparer de la solution.
  4. Répétition : Répéter le processus si nécessaire pour augmenter la pureté.

Exemple

La purification du sucre brut implique l'ajout de lait de chaux (Ca(OH)2Ca(OH)_2) pour précipiter les impuretés sous forme de composés insolubles, qui sont ensuite filtrés.


Conclusion

Les réactions de précipitation sont des outils puissants en chimie pour la séparation et l'identification des composés. Comprendre la solubilité, le produit de solubilité, les conditions de précipitation et de dissolution, ainsi que les applications pratiques de ces réactions, est essentiel pour les étudiants en chimie.