Reacciones de precipitación

Estás cenando con tu mejor amigo:  una buena conversación, un buen vino,   unas costillas. Miras hacia afuera para admirar  la luna llena, pero cuando volteas te das cuenta   de que tu amigo se ha convertido en  un hombre lobo. Afortunadamente los   cubiertos están hechos de plata y sabes cómo  usarlos. O tal vez te estás bañando un día,   y cuando alcanzas el jabón notas una verruga en  tu dedo gordo del pie. Bueno, aplicas un poco de   nitrato de plata en esa cosa y en poco tiempo  estarás listo para la temporada de sandalias.   Brillante conductora de electricidad y muy útil,  la plata ha sido valorada desde la Antigüedad,   y tiene fama de ser pura y de alejar el mal,  ya sea en forma de hombres lobo o de verrugas.   La plata también fue un gran impulsor del  asentamiento en el oeste de los Estados Unidos,   incluso en Montana, donde yo vivo. Y por supuesto  toda esa plata llegó aquí debido a la Química,   específicamente está aquí por las innumerables  reacciones químicas que tuvieron lugar durante   eones, llamadas reacciones de precipitación.  Cuando los productos químicos en una solución   reaccionan para formar un sólido, las reacciones  de precipitación crean depósitos geológicos en la   Tierra, así como anillos en tu bañera. Es lo que  usamos para hacer que las aguas residuales sean   potables, y han sido utilizadas por personas  durante miles de años para hacerse ricas,   porque las reacciones de precipitación son una de  las mejores formas de producir productos químicos   de la más alta pureza. Entonces no sólo son  la respuesta a cómo se depositó la plata en   esas montañas hace cientos de millones de años,  también son la clave para recuperar esa plata.   Puedo hacerlo aquí mismo en este escritorio,  y todo lo que necesito para comenzar es esto. Precipitación son cosas que se caen de otras  cosas: agua cayendo del cielo, sólidos que   caen de la solución. Para nosotros todo se  reduce a una cosa llamada solubilidad. El agua,   como hemos discutido antes, es bastante buena para  disolver cosas, compuestos iónicos en particular.   Un ion cargado positivamente y un ion cargado  negativamente, unidos por sus cargas, podrían   formar un cristal cuando están secos, pero agrega  un poco de agua y esas pequeñas moléculas polares   se van a deslizar entre los iones disolviendo  cantidades masivas de compuestos iónicos.   Pero algunos compuestos iónicos incluso pueden  superar el poder de disolución del agua, y cuando   se forman a través de reacciones y soluciones  caen como un sólido precipitado. Entonces las   ricas vetas plateadas en Montana se formaron  cuando el agua repleta de compuestos iónicos   corrió a través de grietas y pilares de piedra  caliza. Donde las condiciones eran apropiadas,   los iones plata en el agua reaccionaban con  compuestos iónicos o sales en la piedra caliza   para hacer compuestos de plata insolubles  que se separaban de la solución. Se parece   un poco a esto, en realidad se ve exactamente  así. Es genial, porque no puedes sentir esto,   pero es extremadamente pesado porque la plata  es un elemento bastante pesado. Y no fueron   sólo las sales de plata y la solución, todo tipo  de cosas se disuelven mientras que el agua corre   por el paisaje: sales de oro y potasio y cobre, y  especialmente sales de sodio. Si estos compuestos   disueltos permanecen en la solución hasta que  llegan al océano, prácticamente se quedan allí   para siempre: el agua se evapora dejando las  sales en el océano, donde en el transcurso de   los eones se ha acumulado haciendo al océano súper  salado como lo conocemos hoy. Y mientras que el   cloruro de sodio, lo que llamamos sal cuando no  estamos hablando de Química, es la sal más común,   también hay toneladas de otras cosas disueltas  en el océano, incluyendo bastante oro. De hecho,   a valor de mercado actual, el océano contiene  alrededor de 100 millones de billones de dólares   de oro, y eso no fue un tartamudeo: 100 millones  de millones, eso es 100 millones con seis ceros   más. Entonces podrías entender por qué sería bueno  dominar algunas reacciones de precipitación. Ha   habido químicos que se han vuelto locos tratando  de descubrir una forma no tan cara de extraer oro   del agua de mar, pero hasta ahora ninguno lo ha  logrado. Esta solución de nitrato de plata es   similar a esa agua rica en iones que se filtró  a través de la piedra caliza en Montana hace   millones de años, y podemos usarlo ahora mismo  en este escritorio para recrear las antiguas   reacciones que depositaron plata y vetas a través  de nuestro paisaje. Pero en lugar de los tipos de   sales que se encuentran en la piedra caliza  podemos usar un compuesto iónico muy similar   y sustancialmente más conocido: sal de mesa, el  viejo NaCl. Añade unas gotas de cloruro de sodio,   también conocido como agua salada, a la solución  de nitrato de plata y ahí tienes tu precipitado. Oh, asqueroso. Ahora, la pregunta que queremos  hacer de inmediato es: ¿qué es esta cosa blanca   aquí abajo? La clave para entender lo que acaba  de pasar aquí es que ambos compuestos son iónicos.   Recuerdas que hay dos tipos de iones, ¿cierto?  Los cationes están cargados positivamente y los   aniones están cargados negativamente, al igual  que los pequeños imanes de barras se atraen,   de modo que los cationes sólo reaccionan con  aniones para formar nuevos compuestos. Y no   pienses que hay sólo un anión y un catión, el ion  sodio y el cloruro de sodio tendrán iones cloruro   en los cuatro lados, que a su vez están rodeados  por 4 sodios, y este patrón se repite muchas,   muchas, muchas veces, hasta que terminamos con los  cristales de sal que disolvimos en el agua. Pero,   ¿cómo sabemos qué iones son cationes y cuáles son  aniones? Bueno, el sodio tiene carga positiva,   por lo que es un catión, y sabemos que está  cargado positivamente porque el sodio es un   metal que está en el lado izquierdo de la tabla  periódica y esos siempre son cationes cuando están   solos. La plata también es un metal y también  es un catión. Sabemos que el cloro es un gas   en el lado derecho de la tabla periódica, de modo  que es un anión. ¿Y qué hay del nitrato? También   es un anión. Nitratos, sulfatos y fosfatos son  realmente comunes y siempre son aniones. Cada   vez que veas un N, S o P seguida de un montón de  oxígeno, sabrás que estás mirando un anión. Con   eso en mente, mira los posibles productos de  esta reacción. Lo que buscamos es un producto   que no se disuelve en agua, así que sabemos que  no es cloruro de sodio, eso fue uno de nuestros   reactivos y se disuelve fácilmente en agua, de  ahí los océanos, y no es nitrato de plata, nuestro   otro reactivo, o nitrato de sodio porque como  regla los nitratos se disuelven muy fácilmente en   el agua. Entonces sabemos que está disuelto, así  que nos quedamos con cloruro de plata por proceso   de eliminación. Esto tiene sentido porque la plata  también hace compuestos insolubles con bromo y   yodo, que están en la misma columna de la tabla  periódica que el cloro. Los elementos en la misma   columna a menudo se comportan de manera similar.  Y notarás, por supuesto, que no terminamos con   una gran cantidad de plata pura aquí, ahora  está unida al cloro. Como la sal de mesa,   el cloruro de plata es un cristal y es sólido, sin  embargo, a diferencia de la sal, no es muy soluble   en agua. Ahora, sacar la plata de este compuesto  implica otro tipo de reacción, una acción redox,   óxido reducción. Hablaremos más sobre esto la  próxima semana. Mientras tanto, todavía tenemos   que aprender el lenguaje para describir este tipo  de reacción. Debido a las interacciones ordenadas   y únicas que están involucradas en reacciones de  precipitación, las sustancias disueltas producen   sólidos, iones que se disocian y se vuelven a  unir. Hay formas especiales de escribirlos y   equilibrarlos como ecuaciones. Una forma  es incluir anotaciones entre paréntesis   que dicen en qué estado están los químicos: "aq"  significa acuoso o en solución, y s para sólido,   lo que significa que es tu precipitado. Esto se  llama ecuación molecular. Otra forma que ayuda a   dar una imagen más clara de lo que realmente  sucede durante la reacción es escribir todo   como iones. Aquí se enumeran los compuestos  que se disuelven por completo en la solución   como iones. Esto tiene sentido porque tan pronto  como se disuelven las sales, cada ion está solo y   realmente no importa de dónde vino originalmente,  de modo que el lado izquierdo muestra iones plata,   nitrato, sodio y cloruro, todos en una solución;  y el lado derecho muestra sodio y nitratos todavía   como iones en la solución con el cloruro de plata  precipitado como sólido. Ahora no nos importa la   ecuación completa, sólo ver los precipitantes  activos, por lo que incluso podemos escribirlo   en una tercera forma. Simplemente dejamos de lado  los llamados iones espectadores, nitrato y sodio,   que no participan directamente en la reacción,  y terminamos con una ecuación iónica neta,   que muestra sólo iones plata y cloro reaccionando  para formar cloruro de plata. Esto es agradable   y breve y al grano, que es lo que los químicos  aman, porque recuerden: algunos de ellos tienen   habilidades terribles de escritura y tienen que  dictar sus cosas a sus mamás. Ahora, como una   nota al margen, ¿recuerdas cuando mencioné por  primera vez la rareza de usar Ag para denotar   la palabra "plata"? Bueno, eso se deriva del hecho  de que la palabra latina para plata es "argentum"   y los antiguos estaban como la mayoría de las  personas de hoy: obsesionados con lo que la plata   representa, no sólo riqueza sino también salud.  Los antiguos indoeuropeos asociaban la plata con   pureza y bondad. Hipócrates, el antiguo médico  griego, escribió sobre las propiedades de la   plata contra las enfermedades. Hay ciencia detrás  de los usos médicos de la plata. Muchos metales   son tóxicos para cosas como hongos y microbios,  pero a diferencia del plomo la plata no es tan   tóxica para los humanos. El nitrato de plata y  un compuesto llamado sulfadiazina de plata se   utilizaban para desinfectar heridas en la Primera  guerra mundial, antes de que se descubrieran los   antibióticos, la sulfadiazina de plata todavía se  usa para cubrir quemaduras, y los investigadores   ahora están analizando los usos antimicrobianos  de nanopartículas de plata. Algunas personas   incluso toman plata coloidal, básicamente son  partículas de plata en una suspensión líquida,   como una especie de refuerzo de salud general.  Pero en realidad no hay evidencia de que mejore   la salud, sin embargo, puede volverte azul. Ahora,  ¿quieres esa plata aún más o no? Como siempre,   lo hacemos para que una reacción sea práctica,  tiene que ir al paso final de convertir la fórmula   de la ecuación en una ecuación de masa molar.  Si quisiéramos sacar la plata de la solución,   ¿cuánta sal necesitaríamos? Específicamente,  digamos que queremos obtener una onza troy de   plata, la onza troy es parte del sistema de peso  Troy que se usa para pesar metales preciosos,   se deriva de la forma en que los romanos medían  barras de bronce y plata que usaban como monedas   hace 2,000 años, y todavía los seguimos usando.  Pero modernicémonos un poco en esto. Una onza   troy equivale a 31.1 gramos, de modo que queremos  31.1 gramos de plata, la masa molar de la plata es   107.868 g/mol. Hacemos el cálculo y encontramos  que 31.1 gramos es igual a 0.288 moles de plata.   De la ecuación molecular podemos ver que  para que se equilibre necesitaremos un mol   de cloruro de sodio por cada mol de plata, así  que para obtener 0.288 moles de plata, ¿cuánto   cloruro de sodio necesitamos? Lo hicimos fácil:  es 0.288 moles, después convertimos 0.288 moles   de cloruro de sodio en unidades de masa y gramos,  la masa molar del cloruro de sodio es 58.45 g/mol,   multiplica 58.45 g/mol por 0.288 y encontramos que  necesitamos 16.8 gramos de cloruro de sodio para   precipitar una onza troy de plata de la solución  de nitrato de plata. Y mira eso, obtienes un buen   montón de cloruro de plata en solución, sí no es  plata pura, aún no, al igual que los verdaderos   mineros que cavan en el suelo que contiene sólo  un pequeño porcentaje de plata, necesitamos hacer   algunos refinamientos. En nuestro caso hay otro  tipo de reacción necesaria llamada reacción redox,   redox es la abreviatura de reducción y oxidación,  y de eso es de lo que hablaremos la próxima vez.