Reações de precipitação

RKA8JV - Jantar com seu melhor amigo, boa conversa, bom vinho fino e carne de churrasco. Você olha para fora para admirar a lua cheia e quando olha para trás você percebe um lobisomem e argh!! Felizmente, os talheres são feitos de prata e você sabe usá-los. Ou talvez você está no banho um dia e, ao pegar o sabão, você nota uma verruga do seu dedão do pé. Aí você borrifa um pouco de nitrato de prata e você estará pronto para curtir o verão a qualquer momento. Brilhante, elétrica e condutiva, a prata é tão útil que tem sido valorizada desde antigamente, tem uma reputação de pureza e de afastar o mal, seja na forma de lobisomens ou de verrugas. A prata também foi um grande atrativo no povoamento do Oeste dos Estados Unidos, incluindo Montana, onde eu vivo, e claro, toda a prata ficou aqui por causa da química. Especificamente, está aqui devido às reações químicas incontáveis que ocorreram ao longo das eras, chamadas de reação de precipitação. Quando produtos químicos em solução reagem para formar um sólido, as reações de precipitação são o que criam depósitos geológicos na Terra, assim como anéis em torno de sua banheira. O que usamos para fazer nossa água residual tornar-se potável tem sido usado por pessoas há milhares de anos para ficar ricos. Isso porque as reações de precipitação acabam sendo uma das melhores maneiras de produzir químicos de elevado grau de pureza. Então, não é somente a chave de como a prata foi depositada nas montanhas há centenas de milhões de anos, é também a chave para obter essa prata de volta para nós. Eu posso fazer isso aqui mesmo nesta mesa. O que eu preciso para começar é isto. A precipitação é resultado de outras coisas, como: a água caindo do céu, solvente descendo na solução, e para nós aqui, tudo se resume a uma pequena coisa chamada solubilidade. A água, como já discutimos antes, é realmente boa em dissolver as coisas, em particular, compostos iônicos. Em conjunto, um íon com carga positiva e um íon com carga negativa, suas cargas podem formar um cristal quando secas, mas adicionando a água àquelas pequenas moléculas polares deslizam no caminho entre os íons, que dissolvem quantidades maciças de composto iônico. Mas alguns compostos iônicos podem superar até mesmo o poder de dissolução na água, e quando se formam através de reações em solução, eles caem como precipitados sólidos. Sim! Precipitado é tanto um substantivo quanto um verbo, usado para ele. Quando falamos sobre um composto iônico que está caindo para fora da solução eu digo precipitado, substantivo, e não precipitado, como verbo. Esta diferença gramatical eu aprendi quando a minha professora ensinava. E as ricas veias de prata em Montana, formadas quando a água com compostos iônicos correram através das rachaduras de calcário paleozoico teve as condições corretas para que os íons de prata na reação da água com compostos iônicos ou sais e o calcário, fizessem com que os compostos de prata solúveis caíssem na solução, parecendo um pouco com isto. Realmente se parece com isto, é exatamente isto, é muito legal. Você não pode sentir isto, mas a prata é extremamente pesada, é um elemento muito pesado. E não apenas os sais de prata na solução, todos os tipos de materiais, ouro, potássio, sais de cobre, e, mais notavelmente, os sais de sódio são dissolvidos com a água que corre por toda a paisagem, dissolvendo um composto que permanece na solução até chegar ao oceano e praticamente ficarão lá para sempre. A água evapora, deixando sal no oceano ao longo das eras. Isso tem construído e deixado o oceano super salgado, como conhecemos hoje. Bem, o cloreto de sódio que chamamos de sal, quando não usado na química, é o sal mais comum. Existem toneladas de outras coisas que se dissolvem no oceano, incluindo uma grande quantidade de ouro. De fato, o valor de mercado hoje do oceano contém cerca de 100 milhões de trilhões de dólares de ouro, e não é uma bagatela de 100 milhões de trilhões, algo assim, é uma centena de trilhões com mais 6 zeros depois dele. Então, você pode ver porque os mestres das reações de precipitação foram químicos, que tentavam descobrir como extrair economicamente o ouro da água do mar, mas, até agora, ninguém o fez. Isto aqui é uma solução de nitrato de prata, similar àquela água rica que escoa através das pedras de calcário de Montana há milhões de anos. Nós podemos usá-la aqui nesta mesa para recriar as antigas reações de deposição de prata e de suas veias em toda a nossa paisagem. Mas, em vez dos tipos de sais encontrados em calcário, podemos usar um muito semelhante, substancialmente mais familiarizado, o composto sal de cozinha, o bom e velho NaCl. Adicionamos algumas gotas de cloreto de sódio também conhecido como o sal da água salgada, na solução de nitrato de prata. Você vê aqui a total precipitação. A questão que quero perguntar imediatamente é: o que é este material branco aqui embaixo? O que aconteceu aqui é que ambos os compostos são iônicos. Lembre-se que há dois tipos de íons, os cátions, que são carregados positivamente, e os ânions, que são carregados negativamente, como pequenas barra magnéticas que se atraem. Assim, os cátions reagem com ânions para formar novos compostos, não apenas um ânion e um cátion. O íon de sódio do cloreto de sódio terá íons cloreto em todos os seus 4 lados, que, por sua vez, estão cercados por 4 de sódio. Este é o padrão que se repete muitas, muitas e muitas vezes até que acabamos com os cristais de sal que nós dissolvemos em água. E como é que vamos saber quais íons são cátions e quais são ânions? O sódio é carregado positivamente, por isto, é um cátion. Também é um metal, que está do lado esquerdo da tabela periódica. Estes elementos do lado esquerdo da tabela periódica são sempre cátions quando estão sozinhos. A prata também é um metal e também é um cátion. Sabemos que o cloro é um gás está do lado direito da tabela periódica, então é um ânion. Agora, o que se sabe sobre o nitrato? Também é um ânion. Sulfatos de nitratos e de fosfato são realmente comuns e sempre ânions. Sempre que você vê um N, S ou P seguido por oxigênios, você está olhando para um ânion. Com isso em mente, olhe para os possíveis produtos dessa reação. O que nós estamos procurando é um produto que não se dissolve em água. Então, o que nós sabemos? Que não é o cloreto de sódio, pois é um dos reagentes que se dissolve facilmente na água, como nos oceanos. Não é o nitrato de prata, nem o nitrato de sódio, porque como uma regra os nitratos se dissolvem facilmente na água, então, nós sabemos que é dissolvido. Por isso, estamos deixando o cloreto de prata apenas pelo processo de eliminação. Isso faz sentido, porque a prata também faz compostos insolúveis, como o bromo e o iodo, que estão na mesma coluna da tabela periódica. O elemento cloro está na mesma coluna e frequentemente se comporta de forma semelhante. Você vai notar, é claro, que nós não terminarmos com um pedaço enorme e lindo de prata pura, aqui agora ele está ligado ao cloro, como no sal de mesa. O cloreto de prata é um sólido cristalino, e portanto, não é muito solúvel em água. Agora, para tirar a prata deste composto, vamos precisar de um outro tipo de reação, uma reação redox. Iremos falar mais sobre ela na próxima semana. Entretanto, ainda temos que aprender como descrever esse tipo de reação. Devido à necessidade de interações únicas que estão envolvidas nas reações de precipitação, substâncias dissolvidas associando e retificando íons sólidos, há maneiras especiais para escrever e balancear esta equação. Uma forma é incluir notações entre parênteses que diz o estado químico. Se temos um "aq" significa aquoso, ou em solução. E um "s" significa sólido, que foi precipitado. Isto é chamado de equação molecular. Outra maneira, que tende a dar uma imagem clara do que realmente acontece durante a reação, é escrever tudo como íons. Listar os compostos que se dissolvem completamente na solução como íons faz sentido, porque assim o sal se dissolve em cada íon por si e realmente não importa de onde eles vieram. Então o lado esquerdo mostra a prata, o nitrato, o sódio e os íons coreto tudo em solução. Do lado direito, mostramos o sódio, o nitrato, e ainda íons separados na solução. O cloreto de prata se precipita na forma sólida. Não se preocupem com a equação completa, só queremos ver os participantes ativos. Podemos ainda escrevê-la de uma terceira forma. Ignoramos chamados íons espectadores, o nitrato de sódio, que não participam diretamente da reação e sumiram na equação iônica global, mostrando apenas a prata e os íons cloreto, reagindo para formar cloreto de prata. É bom se garantir nesse ponto, o que os químicos amam, porque alguns deles têm terríveis habilidades de escrita e têm que ditar as coisas para suas mães. Lembro-me quando trouxe pela primeira vez a estranha utilização de Ag para denotar a palavra prata. Bem, tudo decorre do fato de que a palavra antiga em latim para prata é argentum. As pessoas antigas, como as de hoje, eram muito fascinadas pelo que a prata representa, não apenas em termos de riqueza mas também como ela nos ajuda. Antigos indo-europeus associavam a prata com pureza e bondade. Hipócrates é um antigo médico grego que escreveu sobre as propriedades da doença da prata. Há boa ciência por trás dessa doença. Médicos utilizam uma grande quantidade de metais que são tóxicos para fungos e micróbios, mas, ao contrário do que dizem, a prata não é tóxica para seres humanos. O nitrato de prata é um composto chamado de sufadiazino de prata, utilizado na desinfecção de feridas na Primeira Guerra Mundial antes dos antibióticos serem descobertos, e ainda usado na pesquisa com queimaduras. Pesquisadores estão procurando agora o uso de antimicrobianos em nanopartículas de prata. Algumas pessoas até mesmo tomam prata coloidal, basicamente partículas de prata em suspensão líquida, como reforço geral para a saúde. Mas não há nenhuma evidência de que isso realmente ajude, ela pode deixar somente azul. Agora você quer essa prata, né? Agora, como sempre fazemos, para você fazer uma reação prática, você tem que ir para o passo final, de converter a equação da fórmula em uma equação de massa molar. Se queremos obter a prata da solução, quanto sal precisaremos especificamente? Vamos dizer que queremos obter uma onça de troy de prata. Onça de troy é parte do sistema de peso troy, que é usado para pesar metais preciosos, e é derivados da forma como os romanos mediam o bronze, as barras de prata que usavam nos enfeites de jardim uns 1.000 anos atrás, e ainda estão presos lá. Mas deixa para lá. Bem, a massa moderna de uma onça de troy equivale a 31,1 g. Queremos 31,1 g de prata. A massa molar da prata é 107,868 g/mol. Para fazermos o cálculo e descobrir que 31,1 g é igual a 0,288 mol de prata. A partir da equação molecular, podemos ver que para balancear será necessário 1 mol de cloreto de sódio para cada 1 mol de prata. Então, para obtermos 0,288 mol de prata, quanto de cloreto de sódio precisaremos? Agora ficou fácil para você, será 0,288 mol. É só converter 0,288 mol de cloreto de sódio em unidades de massa em gramas. A massa molar do cloreto de sódio é 58,45 g/mol. Multiplique 58,45 g por 0,288 e acharemos o que precisamos. 16,8 g de cloreto de sódio para precipitar uma onça de troy de prata da solução de nitrato de prata! E olhe que para obter uma boa pilha de cloreto de prata em solução, sim, não é prata pura, ainda não. A prata presente nas minas e nos afloramentos tem apenas alguns por cento de prata, então, nós precisamos refinar isso. No nosso caso, há um outro tipo de reação necessária, chamada de reação redox, que é uma abreviação de oxidação e redução. É disso que nós falaremos na próxima vez.