Précipité - Définition

Introduction

En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase dispersée hétérogène dans une phase majoritaire. La formation d'un précipité est la précipitation. Le terme est aussi utilisé en biochimie, pour désigner la formation d'un agrégat moléculaire, par exemple d'anticorps, qui sédimente (ou est sédimenté par centrifugation) au fond du tube.

En chimie, cela désigne en général la formation d'un cristal solide d'un sel dans un liquide. En métallurgie, cela peut en outre désigner la formation d'un cristal de composition donnée au sein d'un alliage. En météorologie, cela désigne la formation de gouttes d'eau ou de cristaux de glace dans l'atmosphère, voir Précipitation.

Approche en chimie

Produit de solubilité

La présence d'un précipité stable résulte d'un équilibre thermodynamique entre la phase liquide (solution) et la phase solide (sel).

Considérons une solution, par exemple une solution aqueuse de chlorure de sodium NaCl (sel de cuisine). Si l'on met une faible quantité de sel dans l'eau, ce sel se dissout. À partir d'une quantité C_s donnée, qui dépend de la température, le sel ne se dissout plus : la solution est dite « saturée ».

Dans le cas où C_s croît avec la température, on peut avoir une dissolution d'un précipité par chauffage qui se reformera au refroidissement de la solution. Si C est la concentration de sel, alors :

C < C_s(T) : le sel est dissous ;

C > C_s(T) : le sel précipite (saturation).

La précipitation est notée comme une équation chimique :

Na⁺ + Cl^- ↔ (NaCl)_cr

où « Na⁺ » et « Cl^- » désignent les espèces dissociées (le sel dissous) et « (NaCl)_cr » désigne le sel cristallisé. En général, on note l'espèce dissoute sans indice, et on place une flèche sous l'espèce cristallisée :

Comme pour toute réaction d'équilibre, on peut définir une constante d'équilibre K_s, appelée produit de solubilité :

K_s(T) = [Na⁺]·[Cl^-]

(lorsqu'il y a précipitation)

et le potentiel de cette constante pK_s :

pK_s = - log (K_s)

L'utilisation du K_s est plus générale, car les ions Na⁺ et Cl^- peuvent provenir de plusieurs sels différents. Si les concentrations sont exprimées en fraction molaire, alors dans ce cas précis on a jusqu'à la précipitation

C = [Na⁺] = [Cl^-]

soit

K_s = C_s²

Dans le cas général, on a deux ions A^m+ et B^n- qui peuvent former un sel A_nB_m ; le produit de solubilité s'écrit :

K_s = [A ^{m +} ] ⁿ·[B ^{n -} ] ^m

Les mécanismes de précipitation

Les diverses utilisations de la précipitation en chimie

La formation d'un précipité peut caractériser la présence d'une espèce en solution en chimie analytique. C'est aussi le moyen de séparer une espèce présente dans un mélange, un ion métallique pour préparer le métal ou une espèce synthétisée à partir du mélange réactionnnel.

Approche en biochimie / immunochimie

La précipitation de biomolécules, particules ou cellules, leurs agrégats ou leurs complexes avec d'autres composés résulte d'une perte de solubilité et d'une augmentation de masse moléculaire ou pondérale (ex: formation de complexes antigènes/anticorps; agrégation de cellules (=agglutination); association de particules et cellules)). Elle peut aussi résulter d'un changement de la composition du milieu (devenant de polarité opposée aux biomolécules, ou par changement de la force ionique), ou des caractéristiques des biomolécules (perte ou gain de groupes polaires par réaction chimique).

La précipitation entre en jeu dans:

• les méthodes d'extraction et de purification, par "fractionnement",
• les techniques d'analyse comme l'immunodiffusion/précipitation (radiale, Ouchtalony,...) très utilisées dans les tests sérologiques de diagnostic: le composé à analyser (usuellement une toxine, cytokine...) diffuse dans un gel (ex: de gélose) et précipite à une distance proportionnelle à sa concentration en se complexant à un anticorps qui lui est spécifique et présent dans le gel, ou un autre ligand diffusant d'un autre puits. La technique "Fused Rocked Immuno-Electrophoresis" réalise cela dans un gel soumis à électrophorèse.
• les techniques d'analyse utilisant des cellules ou particules (agglutination): les tests d'hémagglutination et inhibition de l'hémagglutination font réagir des anticorps ou des lectines avec des globules rouges qui agglutinent et sédimentent au fond du tube (ex: test de Coombs); les tests de diagnostic rapides font précipiter des particules d'or, des billes de latex ou de polystyrène, en solution ou sur une membrane ou migre par capillarité les réactifs ou l'échantillon.
• l'immunoprécipitation réalise une purification à partir de milieux complexes dans un but analytique.