Reacciones de precipitación

La reacción de precipitación es un tipo común de reacción en disolución acuosa que se caracteriza por la formación de un producto insoluble o precipitado. Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la disolución. En las reacciones de precipitación por lo general participan compuestos iónicos. Por ejemplo, cuando se agrega una disolución acuosa de nitrato de plomo, Pb(NO3)2, a una disolución acuosa de yoduro de sodio (NaI), se forma un precipitado amarillo de yoduro de plomo (PbI2):

Pb(NO3)2 (ac)  +  2NaI(ac)   -->   PbI2(s)   +   2NaNO3(ac)

El nitrato de sodio queda en disolución.

Algunos hechos y conceptos

1. El estudio de la química involucra tres etapas fundamentales: observación, representación e interpretación. La primera se refiere a las mediciones del mundo macroscópico; la representacion implica el uso de símbolos y ecuaciones que facilitan la comunicación; la interpretación está basada en átomos y moléculas, que pertenecer al mundo microscópicos.
2. El método científico es un procedimiento sistemático en la investigación; se inicia al reunir la información por medio de observaciones y mediciones. En el proceso se diseñan y comprueban hipótesis, leyes y teorías.
3. Los químicos estudian la materia y los cambios que ésta experienta. Las sustancias que componen la materia tienen propiedades físicas únicas que se pueden observar sin que cambie su identidad; también tienen propiedades químicas únicas que, cuando son demostradas cambian la identidad de las sustancias. Las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, se pueden separar en sus componentes puros por medios físicos.
4. Los elementos son las sustancias químicas más sencillas Los compuestos se forman por la combinación química de átomos de diferentes elementos en proporciones definidas.
5. En principio todas las sustancias pueden existir en tres estados: sólidos, líquido y gaseoso. La conversión entre estos estados puede realizarse cambiando la temperatura.
6. Las unidades SI se utilizan para expresar cantidades físicas en todas las ciencias, incluyendo la química.
7. Los números que se expresan en notación científica tienen la forma Nx10ⁿ. Donde N es un número entre 1 y 10 y n es un número entero positivo o negativo. Esta expresión facilita el manejo de cantidades muy pequeñas o muy grandes.

Estados de la materia

La materia se clasifica en tres estados, aun cuando algunos ejemplos no se ajusten completamente a cualquiera de las tres categorías. En el estado sólido las sustancias son rígidas y tienen forma definida. El volumen de los sólidos no varía en forma considerable con los cambios de temperatura y presión; en algunos sólidos denominados cristalinos, las partículas individuales que los conforman ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina. Las fuerzas de interacción entre las partículas individuales determinan la dureza y la resistencia del cristal. En el estado líquido las partículas individuales están confinadas en un volumen dado. Los líquidos fluyen y toman la forma del recipiente que los contiene; sin que su volumen varíe. Los líquidos son difíciles de comprimir. Los gases son menos denso que los líquidos y los sólidos, y ocupan todo el recipiente que los contiene; pueden expandirse hasta el infinito y se comprimen con facilidad. Se concluye que los gases consisten principalmente de espacio vacío; esto es, las partículas individuales están bastante separadas.

Los tres estados de la materia son convertibles entre ellos mismos. Un solido se fundirá, por calentamiento, para formar un líquido. (La temperatura a la cual ocurre esto se denomina punto de fusión.) Un calentamiento ulterior convertirá al líquido en gas. (Esta conversión se lleva a cabo en el punto de ebullición del líquido.) Por otro lado, el enfriamiento de un gas lo condensará para formar un líquido. Cuando el líquido se enfría aún más, se congelará para producir un sólido.

Separación de mezclas

Las muestras de elementos y compuestos rara vez se encuentran en la naturaleza en forma pura, o casi pura, por lo que es necesario separarlos de las mezclas en las que se encuentran. Cuando se prepara un compuesto en el laboratorio, se requieren varios pasos para separarlos en forma pura de la mezcla de reacción donde se formó (subproductos, materiales iniciales sin reaccionar  disolvente). Por lo tanto, la separación de las mezclas es muy importante; a continuación se describen algunos métodos para separar las sustancias puras de las mezclas.

• Filtración

La filtración es el proceso para separar sólidos que se encuentran suspendidos en los líquidos al pasar la mezcla a través de un embudo de filtración; cuando el liquido atraviesa el filtro, las partículas sólidas se retienen en el. La cantidad de plata en una solucion puede determinarse agregando ácido clorhídrico para formar cloruro de plata, el cual se recoge en un filtro, se seca y se pesa.

• Destilación

Un líquido que se vaporiza fñacilmente se llama líquido volátil. Cuando un liquido se calienta a una temperatura lo suficientemente alta, entra en ebullición, es decir, pasa al estado gaseoso o vapor. La destilación es el método por el cual se puede separar en sus componentes una mezcla que contenga sustancias volátiles; por ejemplo, si se calienta una solucion salina, el agua, que es el componente más volátil se evapora dejando atrás la sal sólida. El recipiente en el que se calienta la mezcla se llama matraz de destilación. El condensador es un tubo de vidrio de doble pared. Por la cámara exterior pasa agua fría para condensar el vapor caliente (gas) a un líquido. Cuando una mezcla líquida consta de dos o más líquidos volátiles; se emplea la destilación fraccionada. El líquido con punto de ebullición más bajo en forma general se destila primero. Las columnas fraccionadoras se empacan con perlas de vidrio para tener mayor superficie de contacto para que la parte menos volátil del vapor se condense. La temperatura es mayor en la superficie inferior y menor en la superior de la columna fraccionadora; así el líquido con punto de ebulición más bajo cae al matraz de destilación. Cuando el líquido más volátil se ha evaporado, la temperatura del matraz de destilación aumenta y el siguiente líquido más volátil comienza a evaporarse.

• Cromatografía

La cromatografía consiste en diversas técnicas utilizadas para separar mezclas.

En ella se emplea una fase estacionaria y una movil.

Cromatografía en papel. Si en un pedazo de papel filtro se traza una linea con tinta, los tintes que constituyen la tinta se separaran. Cuando un extremo del papel filtro seco se introduce en agua, cada tinte se aleja de la linea original a velocidad caracteristica propia. Las fibras húmedas del papel son la fase estacionaria y la solución de tinta es la fase móvil. Como los diferentes tintes tienen distinta atracción por las fibras húmedas del papel, se desplazan a lo largo del mismo a distinta velocidad.

Cromatografia en columna. Se hace pasar una mezcla líquida a través de una columna empacada con material absorvente. Después de que los compuestos se absorben en la columna, se agrega disolvente adicional que pasa a través de la misma columna. Algunos compuestos de la mezcla son atraídos por el material absorbente con mayor intensidad que otros. Estos componentens bajan por la columna con mayor lentitud que los que son retenidos con menor intensidad. Los componentes forman bandas a lo largo de la columna que se desplazan a diferente velocidad hasta salir por la parte inferior. Cada fracción se recoge y el compuesto de interés se separa del líquido.

Estados físicos de los materiales

Los materiales pueden presentarse, principalmente, en tres estados físicos diferentes (estados de agregación de la materia): sólido, líquido y gaseoso.

Los tres estados se diferencian por propiedades físicas muy concretas. Los gases llenan completamente cualquier espacio en que se encuentren y son fácilmente compresibles (disminuyen o aumentan su volumen frente a una compresión o una descompresión). Los líquidos, a semejanza de los gases, adoptan la forma del recipiente que los contiene.

Sin embargo, mientras que un gas no tiene superficie límite, un líquido tiene una superficie que limita la extensión del espacio (volumen) que puede ocupar. Además, los líquidos son prácticamente incompresibles. Los sólidos sin incompresibles y poseen volumen y forma definida. Los sólidos son rígidos, los líquidos y los gases pueden fluir.

Los materiales pueden pasar de un estado a otro mediante procesos físicos, es decir, transformaciones que no modifiquen su identidad. Estos cambios de estado reciben diferentes nombres. 

No existe un criterio único respecto de los nombres asignados a los diferentes cambios de estado. Debido a ello, encontraremos que algunos autores denominan condensación a los procesos por los cuales un material en estado gaseoso puede pasar a un estado condensado (sólido o líquido).

Un material en estado gaseoso que pueda estar en contacto con uno de sus estados condensados recibe el nombre de vapor. Por ejemplo, a temperatura ambiente y presión normal pueden coexistir el agua en estado líquido y en estado gaseoso, por eso decimos que en el aire hay vapor de agua. A temperatura ambiente y presión normal no pueden coexistir el oxígeno líquido y gaseoso, por eso decimos que el aire contiene gas oxígeno.

Algunos autores utilizan el termino vaporización para referirse a los procesos por los cuales un material en estado condensado pasa al estado gaseoso.

También algunos autores utilizan el termino volatilización para referirse a los procesos por los cuales un material en estado sólido pasa al estado gaseoso.

Respecto del cambio del estado gaseoso al estado líquido, denominamos licuación al proceso por el cual un material en estado gaseoso pasa al estado líquido debido a un aumento de la presión (generalmente acompañado por una disminución de la temperatura). Denominamos condensación al proceso por el cual un material en estado gaseoso pasa al estado líquido debido exclusivamente a una disminución de la temperatura.

Cabe aclarar también que el proceso de vaporización de un líquido puede verificarse a través de la superficie libre (evaporación) o puede tener lugar en toda la masa del líquido (ebullición).