Réactions de précipitation — généralités
Une réaction de précipitation produit un précipité, c'est-à-dire un solide ionique insoluble (ou peu soluble) qui se forme lorsque deux ions en solution se rencontrent : A⁺(aq) + B⁻(aq) → AB(s)
Exemples classiques : - Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s) (précipité blanc) - Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s) (précipité blanc) - Fe³⁺(aq) + 3 HO⁻(aq) → Fe(OH)₃(s) (précipité rouille)
Ces réactions sont utilisées en chimie analytique pour identifier et doser des ions en solution.
Produit de solubilité Ks
Pour un solide ionique peu soluble MₐNᵦ en équilibre avec ses ions en solution : MₐNᵦ(s) ⇌ a M^(p+)(aq) + b N^(q-)(aq)
La constante de solubilité (ou produit de solubilité) est : Ks = [M^(p+)]ᵃ · [N^(q-)]ᵇ
Le solide pur n'apparaît pas dans l'expression de Ks (activité = 1).
Exemples à 25 °C : | Composé | Ks | |---|---| | AgCl | 1,8 × 10⁻¹⁰ | | BaSO₄ | 1,1 × 10⁻¹⁰ | | CaCO₃ | 3,4 × 10⁻⁹ | | Fe(OH)₃ | 2,8 × 10⁻³⁹ |
Plus Ks est petit, plus le composé est insoluble.
La solubilité s (mol·L⁻¹) se calcule à partir de Ks. Pour AgCl : s = sqrt(Ks) = sqrt(1,8 × 10⁻¹⁰) ≈ 1,3 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹
Conditions de précipitation — quotient de réaction Q
Pour décider si un précipité va se former, on compare le quotient de réaction Q à Ks :
- Q < Ks : la solution est sous-saturée, pas de précipité, dissolution favorisée.
- Q = Ks : équilibre, la solution est saturée.
- Q > Ks : la solution est sursaturée, précipité formé jusqu'à Q = Ks.
Exemple : mélange de 50 mL de AgNO₃ à 2 × 10⁻³ mol·L⁻¹ et 50 mL de NaCl à 2 × 10⁻³ mol·L⁻¹. Après mélange : [Ag⁺] = [Cl⁻] = 10⁻³ mol·L⁻¹. Q = [Ag⁺][Cl⁻] = 10⁻⁶ > Ks(AgCl) = 1,8 × 10⁻¹⁰ → précipité d'AgCl.
Effet d'ion commun
L'effet d'ion commun réduit la solubilité d'un précipité. Si on ajoute un excès de Cl⁻ à une solution saturée d'AgCl, l'équilibre : AgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻
est déplacé vers la gauche (précipitation accrue). La solubilité de AgCl diminue.
Quantitativement, si [Cl⁻] = C₀ >> s, alors : s' = Ks / C₀
Ce principe est utilisé pour précipiter sélectivement un ion en présence d'autres ions.
Dosages par précipitation
Un dosage par précipitation (ex: méthode de Mohr) consiste à ajouter progressivement un réactif titrant qui précipite l'ion à doser. L'équivalence est détectée par : - Indicateur d'adsorption (fluorescéine) : changement de couleur du précipité. - Indicateur de couleur (CrO₄²⁻ pour Cl⁻ en méthode de Mohr) : apparition d'un précipité coloré secondaire (Ag₂CrO₄ rouge).
À l'équivalence, les quantités de matière sont stœchiométriques : n(Ag⁺) ajouté = n(Cl⁻) initial