Coprecipitación: qué es, ejemplo, tipos, aplicaciones

¿Qué es la coprecipitación?

La coprecipitación es la precipitación de un sólido que arrastra sustancias normalmente solubles y que se presentan dentro del sólido o en su superficie al mismo tiempo que este precipita.

Visto de esta manera, puede generar contaminación de una sustancia insoluble que acarrea solutos disueltos del medio líquido. La palabra ‘contaminación’ se aplica para aquellos casos donde los solutos solubles precipitados por un soporte insoluble son indeseables, pero cuando no lo son, es un método analítico o sintético alternativo.

Por otro lado, el soporte insoluble es la sustancia precipitada. Esta puede portar el soluto soluble en su interior (absorción) o sobre su superficie (adsorción). La forma en que lo haga cambiará por completo las propiedades fisicoquímicas del sólido resultante.

Aunque el concepto de coprecipitación puede parecer un poco confuso, es más común de lo que se piensa, ya que más que simples sólidos contaminados, se forman soluciones sólidas de complejas estructuras y ricas en componentes invaluables. La tierra de la que se nutren las plantas, es un ejemplo resultado de la coprecipitación.

Asimismo, los minerales, las cerámicas, las arcillas y las impurezas en el hielo, son también producto de este fenómeno. De no ocurrir, los suelos perderían una gran parte de sus elementos esenciales, los minerales no serían como se conocen, y tampoco se contaría con un método importante para la síntesis de nuevos materiales.

Ejemplo de coprecipitación

Para comprender mejor la idea de la coprecipitación se ofrece el siguiente ejemplo.

Arriba (imagen superior) se tienen dos recipientes con agua, de los cuales uno contiene NaCl disuelto. El NaCl es una sal altamente soluble en agua, pero se exageran los tamaños de los puntos blancos para fines explicativos. Cada punto blanco vendrá a ser pequeños agregados de NaCl en una solución al borde de la saturación.

Adicionada a ambos recipientes una mezcla de sulfuro de sodio, Na₂S, y nitrato de plata, AgNO₃, precipitará un sólido negro insoluble de sulfuro de plata, AgS:

Na₂S + AgNO₃ => AgS + NaNO₃

Como se puede ver en el primer recipiente con agua, precipita un sólido negro (esfera negra). Sin embargo, este sólido en el recipiente con NaCl disuelto, acarrea partículas de esta sal (esfera negra con puntos blancos). El NaCl es soluble en agua, pero al precipitar el AgS, este se adsorbe sobre la superficie negra.

Se dice entonces que el NaCl coprecipitó sobre el AgS. Si se analizara el sólido negro, podrían observarse microcristales de NaCl sobre la superficie.

No obstante, estos cristales también podrían estar en el interior del AgS, por lo que el sólido se “tornaría” grisáceo (blanco + negro = gris).

Tipos de coprecipitación

La esfera negra con puntos blancos, y la esfera gris, demuestran que un soluto soluble puede coprecipitar de diferentes maneras.

En la primera, lo hace superficialmente, adsorbido sobre el soporte insoluble (AgS en el ejemplo anterior), mientras que en la segunda lo hace internamente, “cambiando” el color negro del precipitado.

¿Se pueden obtener otros tipos de sólidos? Esto es, una esfera con fases blancas y negras, es decir, de AgS y NaCl (junto con NaNO₃ que también coprecipita). Es aquí donde surge el ingenio de la síntesis de nuevos sólidos y materiales.

Sin embargo, volviendo al punto inicial, básicamente el soluto soluble coprecipita generando distintos tipos de sólidos. A continuación se mencionarán los tipos de coprecipitación y los sólidos que resultan de ellos.

Inclusión

Se habla de inclusión cuando, en la red cristalina, uno de los iones puede ser sustituido por alguno de la sustancia soluble coprecipitada.

Por ejemplo, si el NaCl hubiera coprecipitado a través de la inclusión, los iones Na⁺ habrían ocupado el lugar del Ag⁺ en una sección del arreglo cristalino.

Sin embargo, de todos los tipos de coprecipitación, este es el menos probable, ya que, para que ocurra, los radios iónicos deben ser muy similares. Regresando a la esfera gris de la imagen, la inclusión vendría a ser representada por una de tonalidades grisáceas más claras.

Como acaba de mencionarse, la inclusión se da en sólidos cristalinos, y para obtenerlos, debe tenerse dominio de la química de las soluciones y varios factores (T, pH, tiempo de agitación, relaciones molares, etc.).

Oclusión

En la oclusión, los iones quedan atrapados dentro de la red cristalina pero sin sustituir ningún ion del arreglo. Por ejemplo, dentro del AgS se pueden formar cristales de NaCl ocluidos. De manera gráfica, podría visualizarse como un cristal blanco rodeado de cristales negros.

Este tipo de coprecipitación es uno de los más comunes, y gracias a él existe la síntesis de nuevos sólidos cristalinos. Las partículas ocluidas no pueden eliminarse con simples lavados. Para ello, haría falta recristalizar todo el conjunto, es decir, el soporte insoluble.

Tanto la inclusión como la oclusión son procesos de absorción dados en estructuras cristalinas.

Adsorción

En la adsorción, el sólido coprecipitado yace en la superficie del soporte insoluble. El tamaño de las partículas de este soporte define el tipo de sólido obtenido.

Si son pequeñas, se obtendrá un sólido coagulado, del cual es fácil eliminar las impurezas. Pero si son muy pequeñas, el sólido absorberá abundantes cantidades de agua y será gelatinoso.

Regresando a la esfera negra con puntos blancos, los cristales de NaCl coprecipitados sobre el AgS pueden lavarse con agua destilada. Así sucesivamente, hasta purificar el AgS, el cual luego puede someterse a calentamiento para evaporar toda el agua.

Aplicaciones de la coprecipitación

Algunas de las aplicaciones de la coprecipitación son las siguientes:

– Permite cuantificar sustancias solubles que no son fácilmente precipitadas del medio. Así, mediante un soporte insoluble, acarrea, por ejemplo, isótopos radiactivos, como el francio, para su posterior estudio y análisis.

– Al coprecipitar iones en sólidos gelatinosos, se está purificando el medio líquido. La oclusión es aún más deseada en estos casos, pues la impureza no podrá escapar hacia el exterior.

– La coprecipitación hace posible la incorporación de sustancias en sólidos durante su formación. Si el sólido es un polímero, entonces absorberá solutos solubles que luego coprecipitarán en su interior, dándole nuevas propiedades. Si se trata de celulosa, por ejemplo, se podría hacer que coprecipite cobalto (u otro metal) dentro de ella.

– Además de todo lo anterior, la coprecipitación es uno de los métodos claves para la síntesis de nanopartículas sobre un soporte insoluble. Gracias a esto, se han sintetizado bionanomateriales y nanopartículas de magnetita, entre muchas otras.

Referencias

1. Precipitation and Co-Precipitation. Recuperado de nptel.ac.in
2. What is Coprecipitation. Recuperado de wisegeek.com