Précipité - Définition et Explications

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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 (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...), 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...), cela désigne en général la formation d'un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) solide d'un sel dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). En métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs...), cela peut en outre désigner la formation d'un cristal de composition donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) au sein d'un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...). En météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques...), cela désigne la formation de gouttes d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) ou de cristaux de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), voir Précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...).

Approche en chimie

Produit de solubilité

La présence d'un précipité (En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase...) stable résulte d'un équilibre thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) entre la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) liquide (solution) et la phase solide (sel).

Considérons une solution, par exemple une solution aqueuse de chlorure de sodium (Le chlorure de sodium est un composé chimique de formule NaCl. On l'appelle plus...) NaCl (sel de cuisine). Si l'on met une faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de sel dans l'eau, ce sel se dissout. À partir d'une quantité Cs donnée, qui dépend de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), le sel ne se dissout plus : la solution est dite « saturée ».

Dans le cas où Cs croît avec la température, on peut avoir une dissolution d'un précipité par chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) qui se reformera au refroidissement de la solution. Si C est la concentration de sel, alors :

C < Cs(T) : le sel est dissous ;
C > Cs(T) : le sel précipite (saturation).

La précipitation est notée comme une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) 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 (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) 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 Ks, appelée produit de solubilité :

Ks(T) = [Na+]·[Cl-]
(lorsqu'il y a précipitation)

et le potentiel de cette constante pKs :

pKs = - log (Ks)

L'utilisation du Ks 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

Ks = Cs2

Dans le cas général, on a deux ions Am+ et Bn- qui peuvent former un sel AnBm ; le produit de solubilité s'écrit :

Ks = [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 mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...), un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) métallique pour préparer le métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) 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 (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) 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 (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) 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 diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...): le composé à analyser (usuellement une toxine (Une toxine est une substance toxique pour un ou plusieurs organismes vivants. Le Petit Larousse de...), cytokine (Les cytokines sont des substances solubles de communication synthétisées par les cellules...)...) 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 (LaTeX est un système logiciel de composition de documents créé par Leslie Lamport....) ou de polystyrène (Le polystyrène (PS en abrégé) est le polymère -(CH2-CH(Ph))n-, obtenu par la...), en solution ou sur une membrane ou migre par capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et...) les réactifs ou l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...).
  • l'immunoprécipitation (L'immunoprécipitation est la technique qui permet la précipitation d'un antigène...) réalise une purification à partir de milieux complexes dans un but analytique.
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