Precipitación
Lo que vas a aprender
- Reconocer una reacción de precipitación como un doble desplazamiento que forma un producto sólido.
- Escribir y balancear la ecuación de una precipitación e identificar cuál producto es el precipitado.
- Calcular la masa de precipitado esperada a partir de las cantidades de reactivo, con reactivo límite cuando lo hay.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Mira el fondo de una olla donde se hierve agua todos los días, o la boca de una ducha vieja: a veces tienen una costra blanca. Esa costra es carbonato de calcio que se formó a partir de iones disueltos en el agua. Es un sólido que aparece donde antes solo había líquido transparente, y eso es, en esencia, una precipitación.
En el laboratorio, las precipitaciones sirven para saber si una sustancia está presente en una muestra, para separarla del resto y para medir cuánta había: se filtra el sólido, se seca y se pesa. Para que esa medida diga algo hay que saber calcular cuánto precipitado debería salir.
Antes de empezar repasa el reactivo límite y la cadena gramos → moles → gramos. Las masas atómicas son las escolares (Cl = 35,5, Ag = 108, Ba = 137…), y todas las cantidades son inventadas para practicar.
Explicación
Dos disoluciones transparentes y un sólido
Muchos compuestos iónicos se disuelven en agua: sus iones se separan y se mueven sueltos en el líquido. Si mezclas dos de esas disoluciones, los iones de una se encuentran con los de la otra. Cuando alguna de las parejas nuevas forma un compuesto insoluble, sus iones se juntan y se separan del agua como un sólido: el precipitado. A veces se ve como una nube, a veces como un polvo que se asienta en el fondo.
Una reacción de precipitación es un doble desplazamiento: los dos compuestos intercambian sus parejas.
$$\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$
Un ejemplo clásico es el del nitrato de plata con el cloruro de sodio. La plata deja el nitrato y se une al cloruro; el sodio se queda con el nitrato. El cloruro de plata, que es insoluble, aparece como un sólido blanco:
$$\mathrm{AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl(s) + NaNO_3}$$
La marca (s) indica el sólido. El nitrato de sodio sigue disuelto.
El precipitado es un producto
Un error común es pensar que el sólido que aparece es «suciedad» o una impureza que traían los reactivos. No lo es: el precipitado es un producto de la reacción, una sustancia nueva que no estaba en ninguna de las dos disoluciones. Por eso su masa se puede predecir con la ecuación balanceada, igual que la de cualquier producto.
¿Cuál de los productos precipita?
Para saberlo se usan reglas de solubilidad. En este curso bastan unas pocas:
- Los compuestos de sodio y de potasio, y todos los nitratos, son solubles.
- El cloruro de plata, AgCl, es insoluble.
- El sulfato de bario, BaSO₄, es insoluble.
- Casi todos los carbonatos y los hidróxidos son insolubles; los de sodio y de potasio son solubles.
Con eso, en una ecuación como la del nitrato de plata, el NaNO₃ se queda disuelto y el AgCl precipita. En los ejercicios la ecuación te dirá cuál es el sólido, o lo deducirás con estas reglas.
Balancear un doble desplazamiento
Primero se escriben los productos intercambiando las parejas y cuidando las cargas de los iones para que cada fórmula quede neutra. Luego se ponen coeficientes, como en cualquier balanceo. Por ejemplo, el cloruro de calcio con el carbonato de sodio da el mismo sólido de la costra de las ollas:
$$\mathrm{CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3(s) + 2NaCl}$$
Hacen falta dos NaCl porque en el lado izquierdo hay dos cloros y dos sodios.
Cuánto precipitado debería salir
La masa de precipitado se calcula con la cadena de siempre: gramos de reactivo → moles → razón de coeficientes → gramos de precipitado. Si se conocen las cantidades de los dos reactivos, primero hay que buscar el reactivo límite: se pasan los dos a moles, se comparan con los coeficientes, y el que alcanza para menos producto es el que manda. El otro queda en exceso, disuelto en el líquido después de filtrar.
Ejemplo resuelto
Escribir y balancear una precipitación
Se mezclan una disolución de cloruro de bario, BaCl₂, y otra de sulfato de sodio, Na₂SO₄. Escribe la ecuación balanceada y di cuál producto precipita.
Ver la solución paso a paso
Intercambiamos las parejas. El bario, Ba²⁺, se une al sulfato, SO₄²⁻, y la fórmula neutra es BaSO₄. El sodio, Na⁺, se une al cloruro, Cl⁻: NaCl.
En los reactivos hay dos cloros y dos sodios, así que salen dos NaCl. La ecuación queda balanceada:
$$\mathrm{BaCl_{2} + Na_{2}SO_{4} \rightarrow BaSO_{4} + 2NaCl}$$
Los compuestos de sodio son solubles, así que el NaCl sigue disuelto. El sulfato de bario es insoluble: el BaSO₄ es el precipitado, un sólido blanco.
Respuesta: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄(s) + 2NaCl; precipita el sulfato de bario.
Ejemplo resuelto
La masa de cloruro de plata
Una disolución con 5,85 g de NaCl se mezcla con nitrato de plata en exceso (cantidades inventadas). ¿Cuántos gramos de AgCl precipitan?
Ver la solución paso a paso
La ecuación balanceada, uno a uno:
$$\mathrm{AgNO_{3} + NaCl \rightarrow AgCl + NaNO_{3}}$$
El nitrato de plata está en exceso, así que el NaCl es el que decide. Su masa molar es 23 + 35,5 = 58,5 g/mol:
$$\frac{5{,}85}{M_m\left(\mathrm{NaCl}\right)} = 0{,}1$$
La masa molar del cloruro de plata es 108 + 35,5:
$$M_m\left(\mathrm{AgCl}\right) = 143{,}5$$
La cadena completa:
$$\frac{5{,}85 \cdot \frac{1}{1} \cdot M_m\left(\mathrm{AgCl}\right)}{M_m\left(\mathrm{NaCl}\right)}$$
Precipitan 14,35 g de cloruro de plata. Si al filtrar y secar se pesa menos, algo se perdió en el proceso.
$$14{,}35$$
Respuesta: $14{,}35$
Ejemplo resuelto
Precipitado con reactivo límite
Se mezclan 11,1 g de CaCl₂ con 15,9 g de Na₂CO₃, los dos disueltos en agua (cantidades inventadas). ¿Cuántos gramos de CaCO₃ precipitan y cuántos gramos de Na₂CO₃ sobran?
Ver la solución paso a paso
La ecuación balanceada:
$$\mathrm{CaCl_{2} + Na_{2}CO_{3} \rightarrow CaCO_{3} + 2NaCl}$$
Moles de cloruro de calcio, con 40 + 71 = 111 g/mol:
$$\frac{11{,}1}{M_m\left(\mathrm{CaCl_{2}}\right)} = 0{,}1$$
Moles de carbonato de sodio, con 46 + 12 + 48 = 106 g/mol:
$$\frac{15{,}9}{M_m\left(\mathrm{Na_{2}CO_{3}}\right)} = 0{,}15$$
La relación es uno a uno y hay menos moles de CaCl₂: el CaCl₂ es el reactivo límite.
$$0{,}1 < 0{,}15$$
El precipitado sale de los moles del límite, con 100 g/mol para el CaCO₃:
$$\frac{11{,}1 \cdot \frac{1}{1} \cdot M_m\left(\mathrm{CaCO_{3}}\right)}{M_m\left(\mathrm{CaCl_{2}}\right)}$$
Precipitan 10 g de carbonato de calcio.
$$10$$
Sobran 0,15 − 0,1 = 0,05 mol de Na₂CO₃. En gramos:
$$\left(\frac{15{,}9}{M_m\left(\mathrm{Na_{2}CO_{3}}\right)} - \frac{11{,}1}{M_m\left(\mathrm{CaCl_{2}}\right)}\right) \cdot M_m\left(\mathrm{Na_{2}CO_{3}}\right)$$
Sobran 5,3 g de carbonato de sodio, disueltos en el líquido.
$$5{,}3$$
Respuesta: Precipitan 10 g de CaCO₃ y sobran 5,3 g de Na₂CO₃.
Mezcla 0,3 mol de BaCl₂ con 0,2 mol de Na₂SO₄. Como reaccionan 1 a 1, el sulfato se acaba primero: precipitan 0,2 mol de BaSO₄ y sobran 0,1 mol de BaCl₂ disueltos. Cambia las cantidades y predice cuál se acaba.
Práctica
Balancea la precipitación del hidróxido de hierro(III). Trata el OH como un bloque: el Fe(OH)₃ lleva tres, así que cuadra primero los OH y después el sodio y el cloro.
¿Verdadero o falso? Esta precipitación, que forma hidróxido de hierro(III), está balanceada: $\mathrm{FeCl_{3} + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_{3} + 3NaCl}$
Un hierro, tres cloros, tres sodios, tres oxígenos y tres hidrógenos a cada lado.
¿Verdadero o falso? Esta precipitación, que forma hidróxido de cobre(II), está balanceada: $\mathrm{CuSO_{4} + NaOH \rightarrow Cu(OH)_{2} + Na_{2}SO_{4}}$
El Na₂SO₄ tiene dos sodios y a la izquierda solo hay uno. Balanceada: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄.
En CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + ? NaCl, ¿qué coeficiente va en el lugar del signo de interrogación?
A la izquierda hay dos cloros y dos sodios, y cada NaCl lleva uno de cada: salen dos NaCl.
Una disolución con 20,8 g de BaCl₂ se mezcla con sulfato de sodio en exceso (BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl; cantidades inventadas). ¿Cuántos gramos de BaSO₄ precipitan? Escribe el resultado con un decimal.
La masa molar del BaCl₂ es 137 + 71 = 208 g/mol, así que hay 0,1 mol. Sale 0,1 mol de BaSO₄, de 137 + 32 + 64 = 233 g/mol: 23,3 g.
Se mezclan 0,3 mol de NaOH con cloruro de hierro(III) en exceso: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl. ¿Cuántos gramos de Fe(OH)₃ precipitan? Escribe el resultado con un decimal.
Por cada 3 mol de NaOH sale 1 de Fe(OH)₃: 0,3 ÷ 3 = 0,1 mol. Su masa molar es 56 + 3 × 17 = 107 g/mol, así que salen 10,7 g.
Se mezclan 0,3 mol de BaCl₂ con 0,2 mol de Na₂SO₄ (BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl). ¿Cuántos moles de BaSO₄ precipitan?
La relación es uno a uno y hay menos sulfato de sodio: el Na₂SO₄ es el reactivo límite. Salen 0,2 mol de BaSO₄.
En la mezcla anterior de 0,3 mol de BaCl₂ y 0,2 mol de Na₂SO₄, ¿cuántos moles de BaCl₂ sobran sin reaccionar?
Reaccionan 0,2 mol de BaCl₂, los mismos que de Na₂SO₄. De los 0,3 mol sobran 0,1 mol, que quedan disueltos.
Se mezclan 0,2 mol de AgNO₃ con 0,1 mol de NaCl (AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃). ¿Cuántos gramos de AgCl precipitan? Escribe el resultado con dos decimales.
La relación es uno a uno y el NaCl es el límite: sale 0,1 mol de AgCl, de 143,5 g/mol, es decir, 14,35 g. El nitrato de plata que sobra queda disuelto.
Una disolución con 15,95 g de CuSO₄ se mezcla con NaOH en exceso: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄. ¿Cuántos gramos de Cu(OH)₂ precipitan? Escribe el resultado con dos decimales.
La masa molar del CuSO₄ es 63,5 + 32 + 64 = 159,5 g/mol: hay 0,1 mol. Sale 0,1 mol de Cu(OH)₂, de 63,5 + 34 = 97,5 g/mol: 9,75 g.
Al mezclar dos disoluciones transparentes aparece un polvo blanco que se asienta en el fondo. ¿Qué es ese sólido?
El precipitado es una sustancia nueva formada por iones de las dos disoluciones. No estaba en ninguna de ellas, y su masa se puede predecir con la ecuación.
Se mezclan nitrato de plata y cloruro de potasio: AgNO₃ + KCl → AgCl + KNO₃. Con las reglas de solubilidad de la lección, ¿cuál producto precipita?
Los nitratos y los compuestos de potasio son solubles, así que el KNO₃ sigue disuelto. El cloruro de plata es insoluble y precipita.
Reto
Une cada precipitado con su masa molar.
Suma las masas de los átomos con H = 1, C = 12, O = 16, S = 32, Cl = 35,5, Fe = 56, Cu = 63,5, Ag = 108 y Ba = 137.
Reto
Abre el candado con los coeficientes de las precipitaciones.
Cada cifra es un coeficiente. Cuenta los átomos del ion que se repite a los dos lados.
Cierre
En resumen
Una precipitación es un doble desplazamiento en el que uno de los productos es insoluble y aparece como sólido.
El precipitado es un producto nuevo de la reacción, no una impureza de los reactivos.
Las reglas de solubilidad dicen cuál producto precipita; los compuestos de sodio, de potasio y los nitratos se quedan disueltos.
La masa de precipitado esperada sale de la ecuación balanceada con la cadena gramos → moles → gramos.
Si se conocen los dos reactivos, el reactivo límite decide cuánto precipitado se forma; el otro sobra disuelto.
Vocabulario
- Precipitado
Producto sólido e insoluble que se forma cuando se mezclan dos disoluciones y que se separa del líquido.
- Doble desplazamiento
Reacción en la que dos compuestos iónicos intercambian sus iones: AB + CD → AD + CB.
- Insoluble
Que casi no se disuelve en agua; en una precipitación, el producto insoluble es el que se ve como sólido.
- Reactivo límite
El reactivo que se acaba primero y decide cuánto producto se forma.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre una foto o una olla con costra blanca y pregunte de dónde salió ese sólido si el agua era transparente.
- Explicación · 15 min — Doble desplazamiento, reglas de solubilidad y los tres ejemplos; insista en que el precipitado es un producto.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas; las de reactivo límite conviene revisarlas en el tablero.
- Cierre · 5 min — Que cada estudiante explique cómo comprobaría en el laboratorio si la masa de precipitado coincide con la calculada.
Preguntas para el salón
- Si el precipitado no estaba en ninguna de las dos disoluciones, ¿de dónde salieron sus átomos?
- ¿Por qué el nitrato de sodio no se ve aunque también es un producto?
- Si al filtrar y pesar sale menos precipitado del calculado, ¿qué pudo pasar?
Errores típicos
- Pensar que el precipitado es una impureza o suciedad. Pida escribir la ecuación y ubicar el precipitado entre los productos; luego calcular su masa.
- Escribir fórmulas que no son neutras al intercambiar los iones, como NaCl₂ o NaSO₄. Haga escribir las cargas de cada ion antes de armar la fórmula del producto.
- Calcular el precipitado con el reactivo que está en exceso. Exija pasar los dos reactivos a moles y compararlos con los coeficientes antes de seguir.
Tarea sugerida
Escribir y balancear la reacción del cloruro de magnesio, MgCl₂, con hidróxido de sodio, decir cuál producto precipita y calcular su masa a partir de 9,5 g de MgCl₂ con NaOH en exceso (cantidad inventada).