5.3: Reacciones de precipitación y pautas de solubilidad

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Objetivos de aprendizaje

Use reglas de solubilidad para predecir si se formará un precipitado.
Escribir y equilibrar ecuaciones químicas para reacciones de precipitación.

Hay muchos tipos de reacciones químicas que conocerás en química. En este capítulo, nos centraremos en algunas reacciones de compuestos iónicos: reacciones de precipitación (un tipo de reacción de doble reemplazo), reacciones de neutralización ácido-base y reacciones de oxidación-reducción.

La práctica del trueque (comerciar una cosa por otra) existe desde el principio de los tiempos. En el pasado, por ejemplo, artículos como pollos se cambiaban por periódicos. La persona A tenía algo que esa persona B quería, y viceversa. Entonces, cuando la persona A y la persona B intercambiaban artículos, cada una tenía algo nuevo. Algunas reacciones químicas son así: los compuestos intercambian piezas y los productos son materiales nuevos.

Una reacción de doble reemplazo es una reacción en la que los iones positivos y negativos de dos compuestos iónicos intercambian lugares para formar dos nuevos compuestos. La forma general de una reacción de doble reemplazo (también llamada doble desplazamiento) es:

\[\ce{AB} + \ce{CD} \rightarrow \ce{AD} + \ce{CB}\]

En esta reacción,\(\ce{A}\) y\(\ce{C}\) son cationes cargados positivamente, mientras que\(\ce{B}\) y\(\ce{D}\) son aniones cargados negativamente. Las reacciones de doble reemplazo generalmente ocurren entre sustancias en solución acuosa. Para que ocurra una reacción, uno de los productos suele ser un precipitado sólido, un gas o un compuesto molecular como el agua.

Formación de un precipitado

Se forma un precipitado en una reacción de doble reemplazo cuando los cationes de uno de los reactivos se combinan con los aniones del otro reactivo para formar un compuesto iónico insoluble. Cuando se mezclan soluciones acuosas de yoduro de potasio y nitrato de plomo (II), se produce la siguiente reacción:

\[2 \ce{KI} \left( aq \right) + \ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{KNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbI_2} \left( s \right)\]

Hay fuerzas de atracción muy fuertes que ocurren entre\(\ce{Pb^{2+}}\) e\(\ce{I^-}\) iones y el resultado es un precipitado amarillo brillante (ver Figura\(\PageIndex{1}\) a continuación). El otro producto de la reacción, el nitrato de potasio, permanece soluble.

Figura\(\PageIndex{1}\): Formación de precipitado de yoduro de plomo. (CC POR-NC; CK-12)

Para juzgar si ocurrirán reacciones de doble reemplazo, necesitamos saber qué tipos de compuestos iónicos forman precipitados. Para ello, utilizamos reglas de solubilidad, que son enunciados generales que predicen qué compuestos iónicos se disuelven (son solubles) y cuáles no (no son solubles, o insolubles). En la\(\PageIndex{1}\) tabla se enumeran algunas reglas generales de solubilidad. Debemos considerar cada compuesto iónico (tanto los reactivos como los posibles productos) a la luz de las reglas de solubilidad. Si un compuesto es soluble, usamos la etiqueta (aq) con él, lo que indica que se disuelve. Si un compuesto no es soluble, usamos la (s) etiqueta (s) con él y asumimos que precipitará de la solución. Si todo es soluble, entonces no se esperará ninguna reacción.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Reglas de solubilidad: compuestos solubles y sus excepciones
Estos compuestos generalmente se disuelven en agua (son solubles):	Excepciones:
Todos los compuestos de Li ⁺, Na ⁺, K ⁺, Rb ⁺, Cs ⁺ y NH ₄ ⁺	Ninguno
Todos los compuestos de NO ₃ ⁻ y C ₂ H ₃ O ₂ ⁻	Ninguno
Compuestos de Cl ⁻, Br ⁻, I ⁻	Ag ⁺, Hg ₂ ² ⁺, Pb ² ⁺
Compuestos de SO ₄ ²	Hg ₂ ² ⁺, Pb ² ⁺, Sr ² ⁺, Ba ² ⁺

Tabla\(\PageIndex{2}\): Reglas de solubilidad: compuestos insolubles y sus excepciones
Estos compuestos generalmente no se disuelven en agua (son insolubles):	Excepciones:
Compuestos de CO ₃ ² ⁻ y PO ₄ ³ ⁻	Compuestos de Li ⁺, Na ⁺, K ⁺, Rb ⁺, Cs ⁺ y NH ₄ ⁺
Compuestos de OH ⁻	Compuestos de Li ⁺, Na ⁺, K ⁺, Rb ⁺, Cs ⁺, NH ₄ ⁺, Sr ² ⁺, y Ba ² ⁺

Por ejemplo, considere la posible reacción de doble reemplazo entre Na ₂ SO ₄ y SrCl ₂. Las reglas de solubilidad dicen que todos los compuestos iónicos de sodio son solubles y todos los compuestos de cloruro iónico son solubles, excepto Ag ⁺, Hg ₂ ² ⁺ y Pb ² +, que no se están considerando aquí. Por lo tanto, Na ₂ SO ₄ y SrCl ₂ son ambos solubles. Los posibles productos de reacción de doble reemplazo son NaCl y SrSO ₄. ¿Son estos solubles? El NaCl es (por la misma regla que acabamos de citar), pero ¿qué pasa con SrSO ₄? Los compuestos del ion sulfato son generalmente solubles, pero Sr ² ⁺ es una excepción: esperamos que sea insoluble, un precipitado. Por lo tanto, esperamos que ocurra una reacción, y la ecuación química equilibrada sería:

\[\ce{Na2SO4(aq) + SrCl2(aq) → 2NaCl(aq) + SrSO4(s)}\nonumber \]

Se esperaría ver un cambio visual correspondiente a SrSO ₄ precipitando fuera de la solución (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Reacciones de Doble Reemplazo. Algunas reacciones de doble reemplazo son obvias porque se puede ver un precipitado sólido saliendo de la solución. Fuente: Foto cortesía de Choij, Wikimedia (opens in new window) [commons.wikimedia.org].

Ejemplo\(\PageIndex{4}\):

¿Se producirá una reacción de precipitación? Si es así, identificar los productos.

Ca (NO ₃) ₂ + KBr →?
NaOH + FeCl ₂ →?

Solución

De acuerdo con las reglas de solubilidad, tanto Ca (NO ₃) ₂ como KBr son solubles. Ahora consideramos cuáles serían los productos de doble reemplazo cambiando los cationes (o los aniones), es decir, CaBr ₂ y KNO ₃. Sin embargo, las reglas de solubilidad predicen que estas dos sustancias también serían solubles, por lo que no se formaría precipitado. Por lo tanto, no predecimos ninguna reacción en este caso.
De acuerdo con las reglas de solubilidad, se espera que tanto NaOH como FeCl ₂ sean solubles. Si asumimos que puede ocurrir una reacción de doble reemplazo, debemos considerar los posibles productos, que serían NaCl y Fe (OH) ₂. El NaCl es soluble, pero, según las reglas de solubilidad, Fe (OH) ₂ no lo es. Por lo tanto, se produciría una reacción y el Fe (OH) ₂ (s) precipitaría de la solución. La ecuación química equilibrada es\[\ce{2NaOH(aq) + FeCl2(aq) → 2NaCl(aq) + Fe(OH)2(s)}\nonumber \]

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

\[\ce{Sr(NO3)2 + KCl → }\nonumber \]

Responder: Sin reacción; todos los productos posibles son solubles.

Claves para llevar

Una reacción de reemplazo único reemplaza un elemento por otro en un compuesto.
La tabla periódica o una serie de actividades pueden ayudar a predecir si ocurren reacciones de reemplazo único.
Una reacción de doble reemplazo intercambia los cationes (o aniones) de dos compuestos iónicos.
Una reacción de precipitación es una reacción de doble sustitución en la que un producto es un precipitado sólido.
Las reglas de solubilidad se utilizan para predecir si ocurrirán algunas reacciones de doble reemplazo.