Precipitazione selettiva e prodotto ionico

Se in una soluzione ci sono due ioni che entrambi precipitano con lo stesso reagente, è possibile separarli: aggiungendo il reagente a poco a poco, precipita prima quello che ne richiede di meno. È la precipitazione selettiva, una tecnica che sfrutta la differenza di prodotto di solubilità per separare specie diverse — e si governa con il confronto tra prodotto ionico e K_ps.

Vediamo come il prodotto ionico prevede la precipitazione, perché un sale precipita prima di un altro e come si calcola una separazione selettiva.

Il prodotto ionico decide la precipitazione

Per sapere se in una data soluzione si formerà un precipitato si calcola il prodotto ionico Q: ha la stessa forma del K_ps, ma usa le concentrazioni effettive del momento. Confrontandolo con il K_ps si hanno tre casi: soluzione insatura, satura o sovrasatura.

Q (prodotto ionico) > K_ps → precipita  ·  Q ≤ K_ps → resta in soluzione

Se Q è minore del K_ps la soluzione è insatura e non precipita nulla; se è uguale, è esattamente satura; se Q supera il K_ps la soluzione è sovrasatura e il sale precipita finché il prodotto ionico non scende al valore del K_ps. È lo stesso ragionamento Q-K degli equilibri, applicato alla solubilità.

Perché un sale precipita prima di un altro

Quando due ioni competono per lo stesso reagente precipitante, comincia a precipitare quello il cui K_ps viene superato per primo, cioè quello che richiede la minore concentrazione di reagente. Aggiungendo il reagente lentamente, si può far precipitare quasi completamente il primo ione prima che il secondo inizi a precipitare: i due si separano.

Come si calcola una separazione selettiva

Il problema tipico chiede fino a che punto si può far precipitare il primo ione prima che il secondo cominci. Si procede così: si calcola la concentrazione di reagente che fa iniziare la precipitazione di ciascuno ione (quella per cui Q raggiunge il rispettivo K_ps); la più bassa indica chi precipita per primo. Poi si calcola quanta parte del primo ione è già precipitata nel momento in cui il secondo comincia: se ne resta in soluzione una frazione trascurabile (in genere meno dello 0,1%), la separazione è considerata efficace.

Dove si usa

La precipitazione selettiva è alla base di molte separazioni in chimica analitica (la classica marcia analitica dei cationi) e nei trattamenti delle acque, dove si rimuovono ioni metallici facendoli precipitare a soglie diverse, spesso regolando anche il pH. È un esempio di come una semplice differenza di K_ps diventi uno strumento di separazione concreto.

Un esempio: separare cloruri e ioduri

Un caso da manuale è la separazione di cloruro e ioduro con ioni argento. Lo ioduro d’argento ha un prodotto di solubilità molto più piccolo del cloruro d’argento, quindi aggiungendo argento lentamente precipita per primo lo ioduro: nel momento in cui inizia a precipitare anche il cloruro, lo ioduro è già stato rimosso quasi del tutto. Regolando la quantità di argento aggiunta si raccoglie così lo ioduro praticamente puro, lasciando il cloruro ancora in soluzione. È la dimostrazione concreta di come una semplice differenza di K_ps si traduca in una separazione reale e sfruttabile.

Domande frequenti

Che cos’è la precipitazione selettiva?

È una tecnica per separare due ioni presenti nella stessa soluzione, sfruttando il fatto che con uno stesso reagente precipitano a concentrazioni diverse. Aggiungendo il reagente gradualmente, precipita per primo lo ione che ne richiede meno (quello con il K_ps superato per primo), lasciando l’altro temporaneamente in soluzione.

Come faccio a sapere se un sale precipita?

Calcoli il prodotto ionico Q con le concentrazioni effettive degli ioni e lo confronti con il K_ps. Se Q supera il K_ps la soluzione è sovrasatura e il sale precipita; se è uguale, è al punto di saturazione; se è minore, la soluzione è insatura e non precipita nulla.

Perché un sale precipita prima di un altro?

Perché il suo prodotto di solubilità viene superato a una concentrazione di reagente più bassa. Aggiungendo il reagente poco alla volta, lo ione che richiede meno reagente raggiunge per primo la soglia e precipita; l’altro resta in soluzione finché non si aggiunge abbastanza reagente da superare anche il suo K_ps.

Qual è la differenza tra prodotto ionico e K_ps?

Hanno la stessa espressione, ma il K_ps è il valore all’equilibrio (in soluzione satura), mentre il prodotto ionico Q usa le concentrazioni del momento, che possono essere qualsiasi. Confrontando Q con K_ps si capisce se la soluzione è insatura, satura o sovrasatura, cioè se precipiterà.

Quando una separazione per precipitazione è efficace?

Quando i due ioni hanno prodotti di solubilità abbastanza diversi da creare una «finestra» ampia: si fa precipitare quasi del tutto il primo (lasciandone in soluzione meno dello 0,1% circa) prima che il secondo cominci a precipitare. Se i K_ps sono troppo vicini, le precipitazioni si sovrappongono e la separazione resta incompleta.