LABORATORIO PER LE CLASSI PRIME

REAZIONI CHIMICHE DI PRECIPITAZIONE IN PROVETTA

Scopo

Osservare alcune reazioni di precipitazione in soluzione associate a variazioni cromatiche.
In caso di reazione bilanciare la reazione che è intervenuta tra i reagenti.

Prerequisiti.

una reazione è un cambiamento di una o più sostanze nel sistema in esame. La maggior parte delle reazioni avvengono in fase fluida (liquidi e gas), mentre sono rare le reazioni tra particelle in fase solida, e in quest'ultimo caso le reazioni sono spesso lente (campo di indagine della geochimica). Nei casi più comuni si hanno due reagenti e due prodotti che quindi possiamo indicare genericamente come A + B → C + D oppure
nel caso di composti AB + CD → AD + BC Bilanciamento è l'operazione svolta sulle reazioni chimiche in forma simbolica, con la quale si bilanciano numero e tipo di atomi a sinistra e a destra della freccia così che è poi possibile svolgere i calcoli stechiometrici. Dal punto di vista del bilanciamento le reazioni si suddividono in determinate, indeterminate e impossibili.
Useremo nel seguito alcuni pedici abbreviazioni di stati di aggregazione ed esattamente:
(s) significa solido;
(l) significa liquido;
(g) significa gassoso;
(aq) significa sostanza sciolta in acqua.

Strumenti e materiali.

In laboratorio saranno presenti:

provette e portaprovette;
spruzzetta
contagocce o pipette pasteur disponibili su richiesta.
bottiglie con contagocce con le seguenti soluzioni:

Formula	Nome	principali rischi chimici
Na₂CO_{3 (aq)}	carbonato di sodio	relativamente innocuo
NaOH (aq)	idrossido di sodio	corrosivo su tutte le superfici, evitare il contatto con acidi
NaCl (aq)	cloruro di sodio	relativamente innocuo, disidratante, se concentrato risulta corrosivo
KI (aq)	ioduro di potassio	relativamente innocuo, può essere irritante (sensibile alla luce)
FeCl_{3 (aq)}	cloruro ferrico	irritante, se concentrato risulta corrosivo
NiSO_{4 (aq)}	solfato di nichelio	irritante, velenoso per ingestione e inalazione
CuSO_{4 (aq)}	solfato rameico	irritante sulla pelle, velenoso per ingestione e inalazione
AgNO_{3 (aq)}	nitrato di argento	irritante, lascia macchie di argento su pelle e superfici, sensibile alla luce va conservato in recipienti scuri Attenzione: allo stato puro i nitrati sono comburenti.
Pb(NO₃)_{2 (aq)}	nitrato piomboso	velenoso evitare il contatto Attenzione: allo stato puro i nitrati sono comburenti.

Aspetto ad una prima osservazione
Na₂CO_{3 (aq)} soluzione incolore
NaOH _(aq) soluzione incolore
NaCl _(aq) soluzione incolore
KI _(aq) soluzione incolore, col tempo tende a ingiallirsi soprattuto se esposto alla luce o all'aria
FeCl₃ _(aq) sospensione arancio, presenta facilmente un fondo costituito da ossido ferrico.
NiSO₄ _(aq) soluzione verdina
CuSO₄ _(aq) soluzione celeste, col tempo diventa torbida
AgNO₃ _(aq) soluzione incolore conservata in bottiglia di vetro scura (vedi rischi chimici)
Pb(NO₃) _{2 (aq)} soluzione incolore

Procedimento.

Operiamo in laboratorio con una serie di reazioni tra due reagenti come segue: in una provetta pulita aggiungiamo tre quattro gocce del primo reagente, un dito di acqua (circa 2 mL) e altre tre-quattro gocce del secondo reagente. In questa esperienza ti tipo qualitativo non ha particolare importanza l'ordine dei due reagenti possiamo quindi dire che si osserva una proprietà "commutativa".

Tabella delle osservazioni.

In ordine di numero atomico del metallo presente nella sostanza. La sequenza risulta quindi Na, K, Fe, Ni, Cu, Ag, Pb.
Quando esistono due parti della sostanza chimicamente simili non si prevedono reazioni chimiche, per esempio:
Na₂CO₃ + NaOH → nessuna reazione
NiSO₄ + CuSO₄ → nessuna reazione
NaCl + FeCl₃ → nessuna reazione

Na₂CO₃ NaOH NaCl KI FeCl₃ NiSO₄ CuSO₄ AgNO₃ Pb(NO₃)₂
Na₂CO₃ X nulla nulla nulla reazione reazione reazione reazione reazione
NaOH nulla X nulla nulla reazione reazione reazione reazione reazione
NaCl nulla nulla X nulla nulla nulla nulla reazione reazione
KI nulla nulla nulla X nulla nulla reazione reazione reazione
FeCl₃ reazione reazione nulla nulla X nulla nulla reazione reazione
NiSO₄ reazione reazione nulla nulla nulla X nulla nulla * reazione
CuSO₄ reazione reazione nulla reazione nulla nulla X nulla * reazione
AgNO₃ reazione reazione reazione reazione reazione nulla * nulla * X nulla
Pb(NO₃)₂ reazione reazione reazione reazione reazione reazione reazione nulla X

Risultati.

FeCl_{3 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} —» NaCl + Fe₂(CO₃)_{3 (s)} reazione solo teorica
in realtà 2 FeCl_{3 (aq)} + 3 Na₂CO_{3 (aq)} + 12 H₂O —» 6 NaCl_(aq) + 3 H₂CO_{3 (aq)} + 2 Fe(OH)_{3 (s)} ↓ precipitato arancio fioccoso
FeCl_{3 (aq)} + NaOH _(aq)—» NaCl + Fe(OH)_{3 (s)} ↓ precipitato arancio fioccoso

NiSO_{4 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} —» Na₂SO_{4 (aq)} + NiCO_{3 (s)} ↓ precipitato verdino reazione solo teorica
in realtà NiSO_{4 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} + 2 H₂O —» NaHSO_{4 (aq)} + NaHCO_{3 (aq)} + Ni(OH)_{2 (s)} ↓ precipitato fioccoso verde pomo
NiSO_{4 (aq)} + NaOH_(aq) → Na₂SO_{4 (aq)} + Ni(OH)_{2 (s)} —» precipitato fioccoso verde pomo

CuSO_{4 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} → Na₂SO_{4 (aq)} + CuCO_{3 (s)} —» reazione solo teorica
in realtà la reazione più veloce è CuSO₄ + Na₂CO₃ + 2 H₂O —» NaHSO₄ + NaHCO₃ + Cu(OH)_{2 (s)} ↓ precipitato blu fioccoso (deposito azzurro scuro).
Col tempo deposita ossido rameico CuO marrone scudo secondo la reazione Cu(OH)_{2 (s)} —» H₂O + CuO _(s) ↓ sottoreazione che non sembra avvenire stranamente nel caso della reazione successiva (tra solfato rameico e idrossido di sodio).
Vi è una seconda reazione lenta (campo della geochimica) 2 CuSO₄ + Na₂CO₃ + 2 H₂O —» 2 NaHSO4 + CuCO₃•Cu(OH)₂ ↓ precipitato verde-malachite
CuSO_{4 (aq)} + NaOH —» Na₂SO_{4 (aq)} + Cu(OH)_{2 (s)} ↓ precipitato blu fioccoso (deposito azzurro scuro)
CuSO_{4 (aq)} + KI _(aq) —» K₂SO_{4 (aq)} + CuI_{2 (s)} —» reazione solo teorica
in realtà (nel tempo di 30 secondi) 2 CuSO_{4 (aq)} + 4 KI_(aq) —» 2 K₂SO_{4 (aq)} + I_{2 (aq)} + 2 CuI_(s) ↓ precipitato bianco di CuI e soluzione arancio/marrone per la presenza di I_{2 (aq)} in acqua vedi: https://marcocapponi.blogspot.com/2016/07/ioduro-di-rame.html?m=0

AgNO_{3 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} —» NaNO_{3 (aq)} + Ag₂CO_{3 (s)} ↓ precipitato marroncino.
AgNO_{3 (aq)} + NaOH _(aq) —» NaNO_{3 (aq)} + AgOH ↓ precipitato bianco o bianco sporco
AgNO_{3 (aq)} + NaCl _(aq) —» NaNO_{3 (aq)} + AgCl_(s) ↓ precipitato bianco
AgNO_{3 (aq)} + KI _(aq) —» KNO_{3 (aq)} + AgI_(s) ↓ precipitato giallino
AgNO_{3 (aq)} + FeCl_{3 (aq)} —» Fe(NO₃)_{3 (aq)} + AgCl_(s) ↓ precipitato bianco
AgNO_{3 (aq)} + NiSO_{4 (aq)} —» nessuna reazione
in realtà solo con soluzioni concentrate AgNO_{3 (aq)} + NiSO_{4 (aq)} —» Ni(NO₃)_{2 (aq)} + Ag₂SO_{4 (s)} ↓ precipitato bianco
AgNO_{3 (aq)} + CuSO_{4 (aq)} —» nessuna reazione
in realtà solo con soluzioni concentrate AgNO_{3 (aq)} + CuSO_{4 (aq)} —» Cu(NO₃)_{2 (aq)} + Ag₂SO_{4 (s)} ↓ precipitato bianco

Pb(NO₃)_{2 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} —» NaNO_{3 (aq)} + PbCO_{3 (s)} ↓ reazione solo teorica
in realtà Pb(NO₃)_{2 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} + H₂O —» 2 NaNO_{3 (aq)} + H₂CO_{3 (aq)} + Pb(OH)_{2 (s)} ↓ precipitato bianco lattiginoso
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + NaOH —» NaNO_{3 (aq)} + Pb(OH)_{2 (s)} ↓ precipitato bianco lattiginoso
(reazione variabile con la concentrazione dei reagenti)
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + NaCl _(aq)—» NaNO_{3 (aq)} + PbCl_{2 (s)} ↓ precipitato bianco
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + KI _(aq) —» KNO_{3 (aq)} + PbI_{2 (s)} ↓ precipitato giallo dorato a scaglie
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + FeCl_{3 (aq)} —» Fe(NO₃)_{3 (aq)} + PbCl_{2 (s)} ↓ precipitato bianco
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + CuSO_{4 (aq)} —» Cu(NO₃)_{2 (aq)} + PbSO_{4 (s)} ↓ precipitato bianco
Pb(NO₃)_{2 (aq)} + NiSO_{4 (aq)} —» Ni(NO₃)_{2 (aq)} + PbSO_{4 (s)} ↓ precipitato bianco

Alcune foto.

Nella seguente foto

in successione i precipitati 1) PbI_{2 (s)}; 2) CuI₂ [in realtà I_{2 (aq)} + CuI_(s)]; 3) CuCO_{3 (s)} [in realtà Cu(OH)_{2 (s)}]; 4) Cu(OH)_{2 (s)}; 5) Ag₂SO_{4 (aq)}; 6) Fe₂(CO₃)_{3 (s)} [in realtà Fe(OH)_{3 (s)}].

Nella seguente foto si confrontano i risultati delle due prove 6) Fe₂(CO₃)_{3 (s)} [in realtà Fe(OH)_{3 (s)}] e 7) Fe(OH)_{3 (s)}, per diluizione della 6) si ottiene la medesima colorazione della 7).

Nella seguente foto si confrontano i risultati delle due prove 8) NiCO₃_(s) e 9) Ni(OH)_{2 (s)} molto simili, forse entrambe da identificare con idrossido di nichelio.

Commento ai risultati.

Come si può notare dalla sequenza delle varie considerazioni prese in esame per ogni singola reazione, sebbene sia teoricamente facile osservare una reazione che interviene in un sistema, analizzando il risultato non sempre è possibile discriminare che tipo di reazione è intervenuta.
- In ambiente acido dobbiamo infatti considerare presente in soluzione acquosa anche la specie chimica H⁺ (o H₉O₄⁺).
- In ambiente basico dobbiamo infatti considerare presente in soluzione acquosa anche la specie chimica OH^- (o H₉O₅^-).
Dovremo inoltre eseguire la prova sia con reagenti diluiti, che con reagenti concentrati, per comparare i diversi tipi di prodotti ottenuti e quindi considerare nelle nostre indagini sia la reattività da un punto di vista "regolare" cioé quello di una classica reazione di doppio scambio, sia una reattività "irregolare" tenendo in considerazione che il tipo di prodotto varia al variare della concentrazione dei reagenti (principio di Berthollet) o che si possono avere delle reazioni, diciamo per ora impreviste, del tipo di ossido-riduzioni.

Conclusioni.

Si sono eseguite una serie di reazioni tra due composti chimici entrambi in soluzione osservando in alcuni casi un semplice mescolamento e in altri casi una reazione chimica con formazione di un precipitato, ossia una reazione di precipitazione.
Come indicato risultati non è sempre facile identificare la reazione o il prodotto formato nel corso della reazione dovendo tenere in considerazione vari fattori: sistema acido o basico, concentrazione, cambi di valenza e reazioni di ossido-riduzione.