Osad: reakcja opadów i przykłady
Strącanie lub wytrącanie chemiczne to proces, który polega na tworzeniu nierozpuszczalnego ciała stałego z mieszaniny dwóch jednorodnych roztworów. W przeciwieństwie do opadów deszczu i śniegu, w tego typu opadzie „pada deszcz” z powierzchni cieczy.
W dwóch jednorodnych roztworach jony rozpuszczają się w wodzie. Gdy oddziałują one z innymi jonami (w czasie mieszania), ich oddziaływania elektrostatyczne umożliwiają wzrost kryształu lub galaretowatego ciała stałego. W wyniku grawitacji ciało stałe osadza się na dnie materiału szklanego.
Strącanie jest regulowane przez równowagę jonową, która zależy od wielu zmiennych: od stężenia i charakteru występujących czynników do temperatury wody i dozwolonego czasu kontaktu ciała stałego z wodą.
Dodatkowo, nie wszystkie jony są w stanie ustalić tę równowagę lub co jest tym samym, nie wszystkie mogą nasycić roztwór w bardzo niskich stężeniach. Na przykład w celu wytrącenia NaCl konieczne jest odparowanie wody lub dodanie większej ilości soli.
Nasycony roztwór oznacza, że nie może już dłużej rozpuszczać się w stanie stałym, więc wytrąca się. Z tego powodu opady są również wyraźnym sygnałem, że roztwór jest nasycony.
Reakcja strącania
Biorąc pod uwagę roztwór z rozpuszczonymi jonami A i drugim z jonami B, podczas mieszania chemicznego równania reakcji przewiduje:
A + (ac) + B- (ac) AB (s)
Jednak „prawie” niemożliwe jest, aby A i B były początkowo samotne, koniecznie musiały im towarzyszyć inne jony o przeciwnych ładunkach.
W tym przypadku A + tworzy rozpuszczalny związek z gatunkiem C-, a B- robi to samo z gatunkiem D +. Zatem równanie chemiczne dodaje teraz nowe gatunki:
AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)
Gatunek A + wypiera gatunek D +, tworząc stały AB; z kolei gatunek C- wypiera B-, tworząc rozpuszczalny stały DC.
Oznacza to, że występują podwójne przemieszczenia (reakcja metatezy). Następnie reakcja strącania jest reakcją podwójnego przemieszczania jonów.
Dla przykładu na powyższym obrazku zlewka zawiera złote kryształy jodku ołowiu (II) (PbI 2 ), produkt reakcji znanej jako „złoty deszcz”:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Zgodnie z poprzednim równaniem, A = Pb2 +, C- = NO 3 -, D = K + i B = I-.
Tworzenie się osadu
Ściany zlewki pokazują skondensowaną wodę w wyniku intensywnego ciepła. W jakim celu podgrzewa się woda? Aby spowolnić proces tworzenia kryształów PbI 2 i podkreślić efekt złotego deszczu.
W przypadku napotkania dwóch I-anionów kation Pb2 + tworzy maleńkie jądro składające się z trzech jonów, co nie wystarcza do zbudowania kryształu. Podobnie, w innych obszarach roztworu inne jony również gromadzą się, tworząc jądra; Ten proces jest znany jako nukleacja.
Jądra te przyciągają inne jony, a zatem rosną, tworząc cząstki koloidalne, odpowiedzialne za żółte zmętnienie roztworu.
W ten sam sposób cząstki te oddziałują z innymi, powodując powstawanie skrzepów, a te z innymi skrzepami, aby ostatecznie wytworzyć osad.
Jednakże, gdy to nastąpi, osad powstaje z galaretowatego typu, z jasnymi kryształami niektórych kryształów „wędrujących” przez roztwór. Dzieje się tak, ponieważ szybkość zarodkowania jest większa niż wzrost jąder.
Z drugiej strony, maksymalny wzrost jądra znajduje odzwierciedlenie w błyszczącym krysztale. Aby zagwarantować ten kryształ, roztwór musi być lekko przesycony, co osiąga się przez zwiększenie temperatury przed opadem.
Tak więc, gdy roztwór ochładza się, rdzenie mają wystarczająco dużo czasu na wzrost. Ponadto, ponieważ stężenie soli nie jest bardzo wysokie, temperatura kontroluje proces zarodkowania. W konsekwencji obie zmienne wpływają korzystnie na wygląd kryształów PbI 2 .
Produkt rozpuszczalności
PbI 2 ustanawia równowagę między tym a jonami w roztworze:
PbI 2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)
Stała tej równowagi nazywana jest stałą rozpuszczalności produktu, K ps . Termin „produkt” odnosi się do mnożenia stężeń jonów, które tworzą ciało stałe:
K ps = [Pb2 +] [I-] 2
Tutaj ciało stałe składa się z jonów wyrażonych w równaniu; nie bierze jednak pod uwagę brył w tych obliczeniach.
Stężenia jonów Pb2 + i jonów są równe rozpuszczalności PbI 2 . Oznacza to, że określając rozpuszczalność jednego z nich, można je obliczyć dla drugiego i stałego K ps .
Jakie są wartości K ps dla kilku związków rozpuszczalnych w wodzie? Jest miarą stopnia nierozpuszczalności związku w określonej temperaturze (25 ° C). Zatem im mniejsze jest K ps, tym jest bardziej nierozpuszczalne.
Dlatego, gdy ta wartość jest porównywana z wartościami innych związków, można przewidzieć, która para (na przykład AB i DC) wytrąci się jako pierwsza. W przypadku hipotetycznego związku DC jego K ps może być tak wysokie, że w celu wytrącenia wymaga wyższych stężeń D + lub C-w roztworze.
Jest to klucz do tzw. Opadów frakcjonowanych. Ponadto, znając ps dla nierozpuszczalnej soli, można obliczyć minimalną ilość, aby wytrącić ją w litrze wody.
Jednak w przypadku KNO 3 nie ma takiej równowagi, więc brakuje K ps . W rzeczywistości jest to sól wyjątkowo rozpuszczalna w wodzie.
Przykłady
Reakcje wytrącania są jednym z procesów wzbogacających świat reakcji chemicznych. Niektóre dodatkowe przykłady (oprócz złotego deszczu) to:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
Górny obraz ilustruje tworzenie białego osadu chlorku srebra. Ogólnie większość związków srebra ma białe kolory.
BaCl2 (ac) + K2SO4 (ac) => BaSO4 (s) + 2KCl (ac)
Powstaje biały osad siarczanu baru.
2CONSO4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2SO4 (s) + Na2SO4 (ac)
Tworzy się niebieskawy osad dwuzasadowego siarczanu miedzi (II).
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2 KNO 3 (ac)
Powstaje pomarańczowy osad chromianu srebra.
CaCl2 (aq) + Na2CO3 (ac) => CaCO3 (s) + 2NaCl (ac)
Powstaje biały osad węglanu wapnia, znany również jako wapień.
Fe (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
Na koniec tworzy się pomarańczowy osad wodorotlenku żelaza (III). W ten sposób reakcje strącania wytwarzają dowolny związek.
