Précipitation sélective [Dissolution et précipitation d'une espèce chimique dans l'eau]

Précipitation sélective

Que se passe t'il quand on introduit une solution dans un mélange et que deux précipités^[1] différents du même cation peuvent se former ? Observe-t'on une précipitation simultanée ou successive et dans ce cas, quel précipité se forme le premier ?

Le précipité qui se forme le premier est celui pour lequel la condition de précipitation \(Q_\textrm i = K_{s\textrm i}\) est vérifiée la première (\(Q_\textrm i\) est le quotient réactionnel^[2] correspondant à la réaction de dissolution^[3] du composé i et \(K_{s\textrm i}\) le produit de solubilité^[4] associé).

Lorsque les deux précipités ont une formule chimique du même type (par exemple \(\textrm{AgCl}\) et \(\textrm{AgBr}\)), c'est le précipité associé à la plus faible valeur de \(K_s\) qui apparaît le premier.

Si l'écart entre \(K_{s1}\) et \(K_{s2}\) est assez grand (par exemple si les deux produits de solubilité diffèrent d'un facteur supérieur à 100), le second précipité n'apparaît que lorsque la réaction de précipitation du premier est quasiment totale.

Exemple :

On verse une solution du composé ionique nitrate d'argent \(\textrm{AgNO}_3\) dans une solution contenant un mélange d'ions chlorure, bromure et sodium. Qu'observe-t'on ?

On peut envisager la précipitation de deux composés :

\(\textrm{AgCl }K_{s1} = \textrm{1,8}. 10^{ –10}\)

et \(\textrm{AgBr } K_{s2} = 5.10^{ –13}\). (voir les tables de \(K_s\))

Suivant les réactions :

\(\textrm{Ag}^++\textrm{Cl}^-\textrm{ }^\to_\gets\textrm{ AgCl }K_1=\frac{1}{K_{s1}}=\textrm{5,6}.10^9\)

\(\textrm{Ag}^++\textrm{Br}^-\textrm{ }^\to_\gets\textrm{ AgBr }K_2=\frac{1}{K_{s2}}=\textrm{2,0}.10^{12}\)

On constate que \(K_1\) et \(K_2\) sont très élevées mais que la réaction 2 est prépondérante puisque \(K_2\) est supérieure à \(K_1\). On observera donc la formation d'un précipité de bromure d'argent \(\textrm{AgBr}\) ; ce n'est que lorsque tous les ions bromure auront quasiment disparu de la solution que le précipité de chlorure d'argent \(\textrm{AgCl}\) pourra se former . (cette dernière constatation s'explique par la valeur élevée du rapport \(\frac{K_2}{K_1} = 360\) ).

Pour une approche quantitative de ce problème voir l'exercice dans la section « s'exercer ».

Notes

Précipitation
On appelle précipitation la formation d'un composé solide quand on mélange deux solutions limpides.
Quotient réactionnel Q
Le quotient réactionnel Q est une grandeur thermodynamique permettant de prévoir l'évolution d'un système dans lequel la réaction \(\mathrm{Sn_i.X_i}\) = 0 (\(\mathrm{n_i}\) est positif pour les produits, négatif pour les réactifs) peut avoir lieu et à laquelle est associée la constante d'équilibre K :
Q est défini comme \(\mathrm{P~a_i^{ni}}\) ;
où \(\mathrm{a_i}\) représente l'activité du composé i
On l'utilise pour prévoir l'évolution d'un système en comparant Q et K :
Si Q < K alors le système va évoluer de sorte que les activités des produits augmentent et que celles des réactifs diminuent , c'est à dire que l'avancement de réaction sera positif (réaction s'effectuant de gauche à droite) . L'évolution sera terminée lorsque Q sera égal à K. Le quotient réactionnel à l'équilibre est alors noté \(\mathrm{Q_{eq}}\).
Si Q > K l'évolution se fera de droite à gauche (avancement de réaction négatif) . L'évolution sera également terminée lorsque Q = \(\mathrm{Q_{eq}}\)= K.
dissolution
passage d‘un solide en solution.
Produit de solubilité
C'est la constante d'équilibre Ks associée à la réaction de dissolution ionique d'un solide dans l'eau .