Osad lub chemiczne strącanie jest procesem, który obejmuje tworzenie nierozpuszczalnej substancji stałej z mieszaniny dwóch jednorodne roztwory. W przeciwieństwie do opadów deszczu i śniegu, w tego typu opadach „pada w stanie stałym” z powierzchni cieczy.
W dwóch jednorodnych roztworach jony są rozpuszczane w wodzie. Kiedy wchodzą one w interakcję z innymi jonami (w czasie mieszania), ich interakcje elektrostatyczne umożliwiają wzrost kryształu lub galaretowatej substancji stałej. Pod wpływem grawitacji ciało stałe osadza się na dnie szklanego materiału.
Opadami rządzi równowaga jonowa, która zależy od wielu zmiennych: od stężenia i rodzaju występujących tu gatunków po temperaturę wody i dopuszczalny czas kontaktu ciała stałego z wodą.
Ponadto nie wszystkie jony są w stanie ustanowić tę równowagę, a co więcej, nie wszystkie mogą nasycić roztwór przy bardzo niskich stężeniach. Na przykład, aby wytrącić NaCl, konieczne jest odparowanie wody lub dodanie większej ilości soli.
Nasycony roztwór oznacza, że nie może się już rozpuścić, więc wytrąca się. Z tego powodu opady są również wyraźnym znakiem, że roztwór jest nasycony.
Reakcja wytrącania
Biorąc pod uwagę roztwór z rozpuszczonymi jonami A, a drugi z jonami B, po zmieszaniu równanie chemiczne reakcji przewiduje:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Jednak jest „prawie” niemożliwe, aby A i B były początkowo same, z koniecznością towarzyszenia innym jonom 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 nowy gatunek:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Gatunek A + wypiera gatunek D +, tworząc stałą AB; z kolei gatunek C - wypiera B - tworząc rozpuszczalne ciało stałe DC.
Oznacza to, że zachodzą podwójne przemieszczenia (reakcja metatezy). Zatem reakcja strącania jest reakcją podwójnego wypierania jonów.
Na przykład na powyższym obrazku zlewka zawiera złote kryształy jodku ołowiu (II) (PbI 2 ), produkt reakcji tzw. „Złotego deszczu”:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Zgodnie z poprzednim równaniem, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + i B = I - .
Tworzenie osadu
Ściany zlewki pokazują skroploną wodę z intensywnego ciepła. W jakim celu podgrzewana jest woda? Spowolnienie procesu formowania się kryształów PbI 2 i zaakcentowanie efektu złotego deszczu.
Podczas spotkania dwóch anionów I - kation Pb 2+ tworzy maleńkie jądro trzech jonów, które nie wystarczają do zbudowania kryształu. Podobnie w innych obszarach roztworu inne jony również gromadzą się, tworząc jądra; Ten proces jest znany jako zarodkowanie.
Jądra te przyciągają inne jony, dzięki czemu rosną, tworząc cząstki koloidalne, odpowiedzialne za żółte zmętnienie roztworu.
W ten sam sposób te cząstki oddziałują z innymi, tworząc skrzepy, a te skrzepy z innymi, aby ostatecznie utworzyć osad.
Jednak gdy to nastąpi, osad jest galaretowaty, z jasnymi śladami „wędrówki” kryształów przez roztwór. Dzieje się tak, ponieważ tempo zarodkowania jest większe niż wzrost jąder.
Z drugiej strony, maksymalny wzrost jądra znajduje odzwierciedlenie w błyszczącym krysztale. Aby zagwarantować ten kryształ, roztwór musi być lekko przesycony, co uzyskuje się poprzez podwyższenie temperatury przed wytrąceniem.
Tak więc, gdy roztwór stygnie, jądra mają wystarczająco dużo czasu na wzrost. Ponadto, ponieważ stężenie soli nie jest zbyt wysokie, temperatura kontroluje proces zarodkowania. W konsekwencji obie zmienne wpływają korzystnie na wygląd kryształów PbI 2 .
Iloczyn rozpuszczalności
PbI 2 ustanawia równowagę między nim a jonami w roztworze:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Stała tej równowagi nazywana jest stałą iloczynu rozpuszczalności, K ps . Termin „produkt” odnosi się do mnożenia stężeń jonów, które tworzą ciało stałe:
K ps = 2
Tutaj ciało stałe składa się z jonów wyrażonych w równaniu; jednakże nie uwzględnia w tych obliczeniach ciała stałego.
Stężenia jonów Pb 2+ i I - są równe rozpuszczalności PbI 2 . To znaczy, określając rozpuszczalność jednego z nich, można obliczyć rozpuszczalność drugiego i stałą Kps .
Jakie są wartości K ps dla związków słabo rozpuszczalnych w wodzie? Jest miarą stopnia nierozpuszczalności związku w określonej temperaturze (25ºC). Zatem im mniejsze K ps , tym bardziej jest nierozpuszczalne.
Dlatego porównując tę wartość z wartościami innych związków, można przewidzieć, która para (np. AB i DC) wytrąci się jako pierwsza. W przypadku hipotetycznego związku DC, jego Kps może być tak wysoka, że wytrącenie wymaga wyższych stężeń D + lub C - w roztworze.
To jest klucz do tak zwanego wytrącania frakcyjnego. Podobnie, znając Kps dla nierozpuszczalnej soli, można obliczyć minimalną ilość, aby wytrącić ją w jednym litrze wody.
Jednak w przypadku KNO 3 takiej równowagi nie ma, więc brakuje mu K ps . W rzeczywistości jest to sól dobrze rozpuszczalna w wodzie.
Przykłady
Reakcje strącania to jeden z procesów wzbogacających świat reakcji chemicznych. Kilka dodatkowych przykładów (poza złotym deszczem) to:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Górny obraz ilustruje powstawanie białego osadu chlorku srebra. Ogólnie rzecz biorąc, większość związków srebra ma białe kolory.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Tworzy się biały osad siarczanu baru.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Powstaje niebieskawy osad dwuzasadowego siarczanu miedzi (II).
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Powstaje pomarańczowy osad chromianu srebra.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Tworzy się biały osad węglanu wapnia, zwanego również wapieniem.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Wreszcie powstaje pomarańczowy osad wodorotlenku żelaza (III). W ten sposób w reakcjach strącania powstaje dowolny związek.
Bibliografia
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (wyd. 5). PEARSON Prentice Hall, s. 97–103.
- Der Kreole. (6 marca 2011). Złoty deszcz. . Pobrane 18 kwietnia 2018 z: commons.wikimedia.org
- Dr Anne Marie Helmenstine (9 kwietnia 2017). Definicja reakcji opadów atmosferycznych. Pobrane 18 kwietnia 2018 r.Z: thinkco.com
- Zasada Le Châteliera: Reakcje opadów. Pobrane 18 kwietnia 2018 z: digipac.ca
- Prof. Botch. Reakcje chemiczne I: Równania jonowe netto. Pobrane 18 kwietnia 2018 r.Z: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8 października 2012). Chlorek srebra (AgCl). . Pobrane 18 kwietnia 2018 z: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning, str. 150, 153, 776–786.