Осадок или химическое осаждение представляет собой процесс , который состоит в формировании нерастворимого твердого вещества из смеси двух однородных растворов. В отличие от осадков в виде дождя и снега, в этом типе осадков «идет твердый дождь» с поверхности жидкости.
В двух однородных растворах ионы растворены в воде. Когда они взаимодействуют с другими ионами (во время смешивания), их электростатические взаимодействия позволяют расти кристаллу или студенистому твердому веществу. Под действием силы тяжести это твердое вещество оседает на дне стеклянного материала.
Осадки регулируются ионным балансом, который зависит от многих переменных: от концентрации и природы промежуточных частиц до температуры воды и допустимого времени контакта твердого вещества с водой.
Кроме того, не все ионы способны установить это равновесие, или, что то же самое, не все могут насыщать раствор при очень низких концентрациях. Например, чтобы осадить NaCl, необходимо выпарить воду или добавить еще соли.
Насыщенный раствор означает, что он не может больше растворять твердое вещество, поэтому он выпадает в осадок. Именно по этой причине осаждение также является явным признаком насыщения раствора.
Реакция осаждения
Рассматривая раствор с растворенными ионами A, а другой раствор с ионами B, при смешивании химическое уравнение реакции предсказывает:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Однако изначально «почти» невозможно, чтобы А и В были одни, обязательно должны сопровождаться другими ионами с противоположными зарядами.
В этом случае A + образует растворимое соединение с частицами C - , а B - делает то же самое с частицами D + . Таким образом, химическое уравнение теперь добавляет новые виды:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Вид A + смещает Вид D + с образованием твердого AB; в свою очередь, вид C - вытесняет B - с образованием растворимого твердого DC.
То есть происходят двойные смещения (реакция метатезиса). Таким образом, реакция осаждения - это реакция двойного замещения ионов.
В примере на изображении выше, химический стакан содержит кристаллы золота иодида свинца (II) (PbI 2 ), продукт так называемой реакции «золотого ливня»:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (водн.) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (водн.)
Согласно предыдущему уравнению, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + и B = I - .
Образование осадка
На стенках стакана виден конденсат от сильного жара. С какой целью нагревается вода? Для замедления процесса образования кристаллов PbI 2 и усиления эффекта золотого дождя.
При встрече с двумя анионами I - катион Pb 2+ образует крошечное ядро из трех ионов, чего недостаточно для построения кристалла. Точно так же в других областях раствора другие ионы также собираются, чтобы сформировать ядра; Этот процесс известен как зародышеобразование.
Эти ядра притягивают другие ионы, и, таким образом, они растут, образуя коллоидные частицы, ответственные за желтую мутность раствора.
Таким же образом эти частицы взаимодействуют с другими, вызывая сгустки, а эти сгустки - с другими, что в конечном итоге приводит к образованию осадка.
Однако, когда это происходит, осадок становится гелеобразным с яркими намеками на кристаллы, «блуждающие» по раствору. Это потому, что скорость зародышеобразования больше, чем рост ядер.
С другой стороны, максимальный рост зародыша отражается в блестящем кристалле. Чтобы гарантировать этот кристалл, раствор должен быть слегка перенасыщенным, что достигается повышением температуры перед осаждением.
Таким образом, по мере охлаждения раствора зародыши имеют достаточно времени для роста. Кроме того, поскольку концентрация солей не очень высока, температура регулирует процесс зародышеобразования. Следовательно, обе переменные улучшают внешний вид кристаллов PbI 2 .
Продукт растворимости
PbI 2 устанавливает равновесие между ним и ионами в растворе:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Константа этого равновесия называется константой произведения растворимости, K ps . Термин «продукт» относится к умножению концентраций ионов, составляющих твердое вещество:
К пс = 2
Здесь твердое тело состоит из ионов, выраженных в уравнении; однако в этих расчетах твердое тело не учитывается.
Концентрации ионов Pb 2+ и I - равны растворимости PbI 2 . То есть, определяя растворимость одного из них, можно вычислить растворимость другого и константу K ps .
Для чего нужны значения K ps для соединений с низкой растворимостью в воде? Это мера степени нерастворимости соединения при определенной температуре (25ºC). Таким образом, чем меньше a K ps , тем он более нерастворим.
Таким образом, сравнивая это значение со значениями других соединений, можно предсказать, какая пара (например, AB и DC) выпадет в осадок первой. В случае гипотетического соединения DC его K ps может быть настолько высоким, что для его осаждения требуются более высокие концентрации D + или C - в растворе.
Это ключ к так называемому дробному осаждению. Точно так же, зная K ps для нерастворимой соли, можно рассчитать минимальное количество для ее осаждения в одном литре воды.
Однако в случае KNO 3 такого равновесия нет, поэтому ему не хватает K ps . Фактически, это хорошо растворимая в воде соль.
Примеры
Реакции осаждения - один из процессов, обогащающих мир химических реакций. Еще несколько примеров (помимо золотого дождя):
AgNO 3 (водн.) + NaCl (водн.) => AgCl (s) + NaNO 3 (водн.)
На верхнем изображении показано образование белого осадка хлорида серебра. Как правило, большинство соединений серебра имеют белый цвет.
BaCl 2 (водн.) + K 2 SO 4 (водн.) => BaSO 4 (т.) + 2KCl (водн.)
Образуется белый осадок сульфата бария.
2CuSO 4 (водн.) + 2NaOH (водн.) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (т.) + Na 2 SO 4 (водн.)
Образуется голубоватый осадок двухосновного сульфата меди (II).
2AgNO 3 (водн.) + K 2 CrO 4 (водн.) => Ag 2 CrO 4 (т.) + 2KNO 3 (вод.)
Образуется оранжевый осадок хромата серебра.
CaCl 2 (водн.) + Na 2 CO 3 (водн.) => CaCO 3 (т.) + 2NaCl (водн.)
Образуется белый осадок карбоната кальция, также известного как известняк.
Fe (NO 3 ) 3 (водн.) + 3NaOH (водн.) => Fe (OH) 3 (т.) + 3NaNO 3 (водн.)
Наконец, образуется оранжевый осадок гидроксида железа (III). Таким образом, реакции осаждения производят любое соединение.
Ссылки
- Дэй Р. и Андервуд А. Количественная аналитическая химия (5-е изд.). ПИРСОН Прентис Холл, стр. 97-103.
- Der Kreole. (6 марта 2011 г.). Золотой дождь. . Получено 18 апреля 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
- Энн Мари Хельменстин, доктор философии (9 апреля 2017 г.). Определение реакции осадков. Получено 18 апреля 2018 г. с: thinkco.com
- Принцип Ле Шателье: реакции осаждения. Получено 18 апреля 2018 г. с сайта digipac.ca
- Проф. Ботч. Химические реакции I: Чистые ионные уравнения. Получено 18 апреля 2018 г. с: lecturedemos.chem.umass.edu
- Луисбрудно. (8 октября 2012 г.). Хлорид серебра (AgCl). . Получено 18 апреля 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
- Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 150, 153, 776-786.