Reações de troca iônica

Mecanismo das reações de precipitação

As reações de precipitação são classificadas na química como processos ácido-base de troca. O principal resultado delas é a formação de compostos pouco solúveis ou praticamente insolúveis — mais frequentemente sais e hidróxidos. Em nível microscópico, o mecanismo do processo consiste em que, na formação de ânions, os pares de elétrons são deslocados em graus variados em direção aos cátions.

Um exemplo clássico e visual é a interação entre o nitrato de chumbo e o cromato de potássio. Na solução, encontram-se os íons $Pb^{2+}$ e $CrO_4^{2-}$. Primeiro, surge um estado intermediário: uma solução supersaturada. Em seguida, dela precipita-se o característico precipitado amarelo de cromato de chumbo.

No entanto, nem sempre é assim. A condição básica para a ausência de reação é simples: se na mistura de sais iniciais todas as novas combinações possíveis de íons geram apenas compostos altamente solúveis, a reação de troca não ocorre.

Reações de troca iônica concorrentes

Em soluções reais, frequentemente surge concorrência: vários fatores podem puxar o equilíbrio químico em direções opostas ao mesmo tempo. Vejamos a reação ilustrativa entre o carbonato de cálcio sólido ($CaCO_3$) e uma solução de ácido acético ($CH_3COOH$). Duas forças opostas atuam nesse sistema.

• Fatores que deslocam o processo para a esquerda: a tendência do sistema de preservar o precipitado sólido de carbonato de cálcio e as moléculas de ácido acético, que por si só é um eletrólito fraco.
• Fatores que deslocam o processo para a direita: a formação de um novo ácido, ainda mais fraco, o ácido carbônico ($H_2CO_3$), que é instável e se decompõe instantaneamente em água e gás carbônico ($CO_2$).

A experiência comprova que a liberação de gás carbônico atua como um fator mais forte, o chamado fator controlador. É por isso que o equilíbrio se desloca para a direita e a reação ocorre com sucesso.

Paradoxos de solubilidade no exemplo dos sulfetos

Para compreender as sutilezas da troca química, é importante comparar processos que ocorrem em direções opostas. Consideremos dois sulfetos: de ferro ($FeS$) e de cobre ($CuS$). Nas tabelas de solubilidade padrão, ambas as substâncias são marcadas como insolúveis. No entanto, elas se comportam de maneira completamente diferente.

O sulfeto de ferro reage facilmente com o ácido clorídrico. Como resultado, forma-se cloreto de ferro solúvel e sulfeto de hidrogênio ($H_2S$) é liberado como gás. Aqui, o fator controlador torna-se a formação de um eletrólito fraco (gás).

Com os compostos de cobre, o quadro é inverso. Se o sulfeto de hidrogênio for borbulhado através duma solução de cloreto de cobre, o precipitado $CuS$ precipita instantaneamente e forma-se um ácido. Nesse caso, o fator controlador é a formação de uma substância insolúvel, que suprime completamente a influência da acidez do meio.

A razão para esse comportamento reside na diferença colossal nos graus reais de solubilidade. Para ilustrar, imagine 1 quilômetro cúbico de água. Em um volume tão imenso, nada menos que 200 quilogramas de sulfeto de ferro se dissolverão. Por outro lado, apenas 0,24 miligrama de sulfeto de cobre poderá se dissolver no mesmo volume. A diferença é de quase um bilhão de vezes! É essa solubilidade extremamente baixa que torna a precipitação do $CuS$ o fator dominante.

Previsão de processos químicos

Os exemplos com sulfetos mostram que a avaliação qualitativa usando tabelas de solubilidade comuns nem sempre é suficiente. Quando tendências para a formação de vários eletrólitos fracos se chocam e concorrem na solução, uma abordagem matemática é necessária para prever com precisão a direção da reação. Nesses casos, devem ser utilizadas as características quantitativas dos processos químicos: as constantes de equilíbrio.

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Cálculo da constante de equilíbrio para processos químicos concorrentes
• Avaliação quantitativa do grau de solubilidade de precipitados (produto de solubilidade)
• Etapas físico-químicas da formação de precipitado a partir de solução supersaturada
• Classificação e características das reações ácido-base de troca

Outros tópicos da seção "Capítulo 7. Classificação das reações químicas por processos eletrônicos"

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