Coprécipitation - Coprecipitation
En chimie , la coprécipitation ( CPT ) ou co-précipitation est l'entraînement par un précipité de substances normalement solubles dans les conditions employées. De manière analogue, en médecine , la coprécipitation est spécifiquement la précipitation d'un "antigène non lié avec un complexe antigène-anticorps".
La coprécipitation est un sujet important en analyse chimique , où elle peut être indésirable, mais peut aussi être utilement exploitée. En analyse gravimétrique , qui consiste à précipiter l' analyte et à mesurer sa masse pour déterminer sa concentration ou sa pureté, la coprécipitation est un problème car des impuretés indésirables coprécipitent souvent avec l'analyte, entraînant un excès de masse. Ce problème peut souvent être atténué par une « digestion » (attendre que le précipité s'équilibre et forme des particules plus grosses et plus pures) ou en redissolvant l'échantillon et en le précipitant à nouveau.
En revanche, dans l'analyse des éléments traces, comme c'est souvent le cas en radiochimie , la coprécipitation est souvent le seul moyen de séparer un élément. Étant donné que l'oligo-élément est trop dilué (parfois moins d'une partie par billion) pour précipiter par des moyens conventionnels, il est généralement coprécipité avec un support , une substance qui a une structure cristalline similaire qui peut incorporer l'élément souhaité. Un exemple est la séparation du francium d'autres éléments radioactifs en le coprécipitant avec des sels de césium tels que le perchlorate de césium . Otto Hahn est crédité pour la promotion de l'utilisation de la coprécipitation en radiochimie.
Il existe trois principaux mécanismes de coprécipitation : l'inclusion, l'occlusion et l'adsorption. Une inclusion (incorporation dans le réseau cristallin) se produit lorsque l'impureté occupe un site du réseau dans la structure cristalline du support, entraînant un défaut cristallographique ; cela peut se produire lorsque le rayon ionique et la charge de l'impureté sont similaires à ceux du porteur. Un adsorbat est une impureté faiblement ou fortement liée ( adsorbée ) à la surface du précipité. Une occlusion se produit lorsqu'une impureté adsorbée est physiquement piégée à l'intérieur du cristal au fur et à mesure de sa croissance.
Outre ses applications en analyse chimique et en radiochimie, la coprécipitation est également importante pour de nombreux problèmes environnementaux liés aux ressources en eau, notamment le drainage minier acide , la migration des radionucléides autour des dépôts de déchets, le transport de métaux lourds toxiques sur les sites industriels et de défense, les concentrations de métaux dans les systèmes aquatiques , et la technologie de traitement des eaux usées .
La coprécipitation est également utilisée comme méthode de synthèse de nanoparticules magnétiques .
Répartition entre précipité et solution
Il existe deux modèles décrivant la répartition du composé traceur entre les deux phases (le précipité et la solution) :
- Loi de Doerner-Hoskins (logarithmique) :
- Loi Berthelot-Nernst :
où:
- a et b sont les concentrations initiales du traceur et du porteur, respectivement ;
- a − x et b − y sont les concentrations de traceur et de porteur après séparation ;
- x et y sont les quantités de traceur et de support sur le précipité ;
- D et sont les coefficients de distribution .
Pour D et supérieurs à 1, le précipité s'enrichit en traceur.
Selon le système et les conditions de co-précipitation, λ ou D peut être constant.
La dérivation de la loi de Doerner-Hoskins suppose qu'il n'y a pas d'échange de masse entre l'intérieur des cristaux précipitants et la solution. Lorsque cette hypothèse est remplie, alors la teneur du traceur dans le cristal n'est pas uniforme (les cristaux sont dits hétérogènes). Lorsque la loi de Berthelot-Nernst s'applique, alors la concentration du traceur à l'intérieur du cristal est uniforme (et les cristaux sont dits homogènes). C'est le cas lorsque la diffusion à l'intérieur est possible (comme dans les liquides) ou lorsqu'on laisse recristalliser les petits cristaux initiaux. Les effets cinétiques (comme la vitesse de cristallisation et la présence de mélange) jouent un rôle.