Technique de précipitation-filtration
La précipitation peut être utilisée afin d'extraire une espèce chimique particulière d'un mélange, l'espèce précipitée étant en suite filtrée.
Après un rapide rappel sur les équilibres de précipitation, nous illustrons la technique de précipitation-filtration par l'utilisation des sulfures comme précpitant des ions métalliques.
Généralités sur la précipitation : solubilité et produit de solubilité - Exemple d'une solution de NaCl - Précipitation de AgCl - Définition du produit de solubilité - Condition de précipitation d'un composé ionique peu soluble - Notion de produit ionique
Précipitation sélective
Influence du pH sur la précipitation - cas des sulfures - nfluence du pH sur la précipitation - cas des sulfures - Etude qualitative - Application à la séparation des sulfures à pH contrôlé, en milieu saturé en H2S
1. Généralités sur la précipitation : solubilité et produit de solubilité
1.1. Exemple d'une solution de NaCl
A 20°C, on peut dissoudre au maximum 357 g de NaCl dans un litre d'eau. Le chlorure de sodium est donc une espèce considérée comme soluble mais cette appellation a ses limites : dépassé une certaine quantité, NaCl précipite.
1.2. Précipitation de AgCl
Contrairement à NaCl, il suffit de 1,4 mg de chlorure d'argent pour atteindre la limite de solubilité
1.3. Définition du produit de solubilité
Pour AgCl, l'équilibre de précipitation s'écrit :
AgCl (s) = Ag+ (aq) + Cl-(aq)
Et la constante d'équilibre s'écrit
K° = Pi ai, éqni
K° = [Ag+].[Cl-]
Ce K° est appelé produit de solubilité et se note Ks. On utilise couramment le pKs. Ici, pKs(AgCl) = 9,75.
1.4. Condition de précipitation d'un composé ionique peu soluble - Notion de produit ionique
Une espèce précipite lorsque le produit des concentrations des ions intervenant dans l'équilibre de précipitation, produit appelé produit ionique et noté Pi, dépasse le Ks.
Une solution constituée d'ions Ag+ et Cl- va précipiter lorsque :
Pi = [Ag+].[Cl-] > Ks
2. Précipitation sélective
Le principe de la précipitation sélective repose sur le fait que l'on peut faire précipiter un ion particulier d'un mélange en jouant sur les conditions opératoires, comme le pH, dont la partie qui suit est une illustration.
3. Influence du pH sur la précipitation - cas des sulfures
3.1. Etude qualitative
Soit un ion métallique M2+. En présence d'ions sulfures, S2-, il s'établit un équilibre de précipitation :
MS (s) = M2+ (aq) + S2- (aq)
L'ion sulfure est soumis à deux équilibres de protonation :
S2- (aq) + H3O+ (aq) = HS- (aq) + H2O ; pKA2 = 13
HS- (aq) + H3O+ (aq) = H2S (aq) + H2O ; pKA1 = 7
3.2. Application à la séparation des sulfures à pH contrôlé, en milieu saturé en H2S
H2S (g) = H2S (aq) ; K = [H2S, aq] = 0,1 P (H2S, g) Sous une pression P (H2S, g) = 1 bar, [H2S, aq] = 0,1 mol / L.
Or :
KA1 = [HS-].[H3O+]
; KA2 = [S2-].[H3O+]
[H2S]
[HS-]
Soit :
[S2-] = KA1. KA2. [H2S] = 0,1 10-21 [H3O+]2 [H3O+]2 MS précipite si :
[M2+].[S2-] > Ks(MS)
Et :
[M2+] = C
Donc :
C.10-21 / h² > Ks
Il y a donc précipitation si :
pH > 1/2 (21+ pC - pKs) = pHi
Le pH de fin de précipitation est calculé si [M2+] = C / 1000 :
pHf = pHi + 1,5
Sulfure CdS CoS CuS MnS NiS PbS ZnS pKs 26,1 22,3 35,4 12,6 20,7 26,6 22,8 Application. Comment séparer Mn2+ (C = 10 mmol/L) de Ni2+ (C = 10 mmol/L).
pHi pHf MnS 5,2 6,7 NiS 1,2 2,7 Si on se place à pH = 3, NiS aura précipité et MnS n'aura pas encore précipité.
On peut ainsi utiliser la précipitation sélective contrôlée par le pH pour effectuer des séparations d'ions.
