Sedimentarea este... Descrierea procesului, viteză, caracteristici

Precipitarea este crearea unui solid dintr-o soluție. Inițial, reacția are loc în stare lichidă, după care se formează un fel de substanță care se numește "precipitat". Ingredientul chimic care determină formarea acestuia are un termen științific: "precipitant". În lipsa unei gravitații suficiente (sedimentare) pentru a aduce împreună particulele dure, sedimentele rămân în suspensie.

După depunere, în special atunci când se utilizează o centrifugă pentru a presa într-o masă compactă, nămolul poate fi numit "pelete". Acesta poate fi folosit ca mediu. Lichidul care rămâne deasupra solidului fără precipitat se numește "supernatant". Sedimentarea reprezintă pulberile obținute din rocile reziduale. Din punct de vedere istoric, ele sunt cunoscute și sub numele de "flori". Atunci când solidele apar sub formă de fibre celulozice tratate chimic, acest proces este adesea denumit regenerare.

Solubilitatea unui element

Uneori, formarea unui precipitat indică apariția unei reacții chimice. Dacă se toarnă precipitații din soluții de nitrat de argint într-un lichid de clorură de sodiu, are loc un reflux chimic cu formarea unui precipitat alb de metal prețios. Când iodura de potasiu lichidă reacționează cu nitratul de plumb(II), se formează un precipitat galben de iodură de plumb(II).

Precipitarea poate apărea atunci când concentrația unui compus depășește solubilitatea acestuia (de exemplu, atunci când se amestecă diferite componente sau când se schimbă temperatura acestora). Depunerea completă poate avea loc numai rapid dintr-o soluție suprasaturată.

În cazul solidelor, procesul are loc atunci când concentrația unui produs este peste limita de solubilitate a celuilalt corp gazdă. De exemplu, din cauza răcirii rapide sau a implantării ionice, temperatura este suficient de ridicată pentru ca difuzia să determine separarea substanțelor și formarea unui precipitat. Depunerea totală în solide este de obicei utilizată pentru sinteza de nanoclusteri.

Suprasaturarea fluidului

O etapă importantă în procesul de depunere este inițierea nucleării. Crearea unui solid ipotetic implică formarea unei interfețe, care, desigur, necesită o anumită energie bazată pe mișcarea relativă a suprafeței atât a solidului, cât și a soluției. Dacă nu este disponibilă o structură de nucleare adecvată, apare suprasaturarea.

Exemplu de precipitare: cuprul dintr-o sârmă care este înlocuit de argint într-o soluție de nitrat metalic în care este scufundat. După aceste experimente, bineînțeles, materialul solid se precipită. Reacțiile de precipitare pot fi folosite pentru a produce pigmenți. De asemenea, pentru îndepărtarea sărurilor din apă în tratarea apei și în analiza anorganică calitativă clasică. Acesta este exact modul în care are loc precipitarea cuprului.

Cristale de porfirină

Precipitarea este, de asemenea, utilă în timpul eliberării produselor de reacție atunci când are loc prelucrarea. În mod ideal, substanța este insolubilă în componenta reactivă.

În acest fel, solidul precipită pe măsură ce se formează, creând, de preferință, cristale pure. Un exemplu în acest sens este sinteza porfirinelor în acid propionic în fierbere. Când amestecul de reacție se răcește la temperatura camerei, cristalele acestui component precipită pe fundul vasului.

Precipitarea poate avea loc, de asemenea, prin adăugarea unui antisolvent, care reduce drastic conținutul absolut de apă al produsului dorit. Materialul solid poate fi apoi separat cu ușurință prin filtrare, decantare sau centrifugare. Un exemplu este sinteza clorurii de tetrafenilporfirină de crom: În soluția de reacție DMF se adaugă apă și produsul precipită. Precipitarea este, de asemenea, utilă în purificarea tuturor componentelor: bdim-cl brut se dizolvă complet în acetonitril și se descarcă în acetat de etil unde precipită. O altă aplicație importantă a antisolventului este precipitarea etanoluluimis.

În metalurgie, precipitarea din soluție solidă este, de asemenea, o metodă utilă de întărire a aliajelor. Acest proces de descompunere este cunoscut sub numele de întărire în stare solidă.

Reprezentarea cu ajutorul ecuațiilor chimice

Exemplu de reacție de precipitare: Într-o soluție care conține clorură de potasiu (KCl) se adaugă nitrat de argint apos (AgNO 3); se descompune un solid alb, dar care conține deja argint (AgCl).

Acesta formează la rândul său o componentă de oțel care se observă ca un precipitat.

Această reacție de precipitare poate fi înregistrată cu accent pe moleculele disociate în soluția combinată. Aceasta se numește ecuația ionică.

Ultimul mod de a crea o astfel de reacție este cunoscut sub numele de lipire pură.

Precipitații de diferite culori

Petele verzi și brun-roșiatice de pe proba de piatră calcaroasă corespund unor oxizi și hidroxizi solizi de Fe 2+ și Fe 3+.

Mulți compuși care conțin ioni metalici produc precipitați cu culori distincte. Nuanțele tipice pentru diferite precipitații metalice sunt prezentate mai jos. Cu toate acestea, mulți dintre acești compuși pot produce culori foarte diferite de cele enumerate.

Alte combinații formează de obicei un precipitat alb.

Analiza anionilor și cationilor

Formarea unui precipitat este utilă pentru detectarea tipului de cation din sare. Pentru a face acest lucru, alcaliul reacționează mai întâi cu componenta necunoscută pentru a forma un solid. Această precipitare a hidroxidului unei anumite săruri. Pentru a identifica cationul, se notează culoarea precipitatului și solubilitatea acestuia în exces. Procese similare sunt adesea folosite într-o secvență - de exemplu, un amestec de nitrat de bariu va reacționa cu ioni de sulfat pentru a forma un precipitat solid de sulfat de bariu, indicând probabilitatea ca cea de-a doua substanță să fie prezentă în abundență.

Procesul de digestie

Îmbătrânirea precipitatului are loc atunci când componenta care tocmai s-a format rămâne în soluția din care a fost precipitat, de obicei la o temperatură mai ridicată. Acest lucru duce la o precipitare mai pură și mai grosieră a particulelor. Procesul fizico-chimic care stă la baza digestiei se numește maturare Ostwald. Un exemplu în acest sens este depunerea de proteine.

Această reacție are loc atunci când cationii și anionii dintr-o soluție hidrofilă se combină pentru a forma un solid heteropolar insolubil numit precipitat. Dacă o astfel de reacție are loc sau nu poate fi determinată prin aplicarea principiilor conținutului de apă la solidele moleculare obișnuite. Deoarece nu toate reacțiile apoase formează precipitate, este necesar să ne familiarizăm cu regulile de solubilitate înainte de a determina starea produșilor și de a scrie ecuația ionică totală. Capacitatea de a prezice aceste reacții permite oamenilor de știință să determine ce ioni sunt prezenți în soluție. De asemenea, ajută la instalații industriale formează substanțe chimice prin extragerea componentelor din aceste reacții.

Proprietățile diferitelor precipitate

Aceștia sunt produși de reacție solizi ionici insolubili care se formează atunci când anumiți cationi și anioni se combină în soluție apoasă. Factorii determinanți ai precipitațiilor pot varia. Unele reacții depind de temperatură, de exemplu, soluțiile utilizate pentru tamponare, în timp ce altele sunt legate doar de concentrația soluției. Solidele produse în reacțiile de precipitare sunt componente cristaline și pot fi suspendate în întregul lichid sau pot cădea pe fundul soluției. Apa rămasă se numește supernatant. Cele două elemente de consistență (precipitat și supernatant) pot fi dispersate prin diferite metode, cum ar fi filtrarea, ultracentrifugarea sau decantarea.

Precipitarea și interacțiunea de dublă substituție

Aplicarea legilor de solubilitate necesită o idee despre modul în care reacționează ionii. Majoritatea interacțiunilor de precipitare sunt un proces de substituție simplă sau dublă. Prima are loc atunci când doi reactanți ionici se disociază și se leagă cu anionul sau cationul corespunzător al celeilalte substanțe. Moleculele se înlocuiesc între ele pe baza sarcinilor lor sub forma unui cation sau anion. Acest lucru poate fi considerat ca fiind o "schimbare de partener". Adică, fiecare dintre cei doi reactanți își "pierde" partenerul și formează o legătură cu celălalt, cum ar fi precipitarea chimică cu hidrogen sulfurat.

Reacția de dublă substituție este clasificată în mod specific ca un proces de solidificare, în care ecuația chimică în cauză are loc într-o soluție apoasă și unul dintre produșii formați este insolubil. Un exemplu al acestui proces este ilustrat mai jos.

Ambii reactanți sunt apoși, iar un produs este un solid. Deoarece toate componentele sunt ionice și lichide, ele se disociază și, prin urmare, se pot dizolva complet unele în altele. Cu toate acestea, există șase principii ale apei care sunt folosite pentru a prezice ce molecule sunt insolubile atunci când sunt precipitate în apă. Acești ioni formează un precipitat solid în amestecul total.

Reguli de solubilitate, viteza de precipitare

Dacă reacția de precipitare este dictată de regula conținutului de apă? De fapt, toate aceste legi și conjecturi oferă linii directoare care indică ce ioni formează solide și care rămân în forma lor moleculară originală în soluție apoasă. Regulile trebuie respectate de sus până jos. Acest lucru înseamnă că dacă ceva este insolubil (sau rezolvabil) din cauza primului postulat deja, acesta are prioritate față de următoarele orientări cu un număr de ordine mai mare.

Bromurile, clorurile și iodurile sunt solubile.

Sărurile care conțin precipitații de argint, plumb și mercur nu pot fi amestecate complet.

Dacă regulile prevăd că molecula este solubilă, atunci aceasta rămâne în formă apoasă. Dar dacă un component este imiscibil în conformitate cu legile și postulatele descrise mai sus, atunci va forma un solid cu un obiect sau un lichid al unui alt reactiv. Dacă toți ionii dintr-o reacție se dovedesc a fi solubili, nu are loc niciun proces de precipitare.

Ecuații ionice pure

Pentru a înțelege definiția acestui concept, este necesar să ne amintim legea reacției de dublă substituție dată mai sus. Deoarece acest amestec special este metoda de depunere, se pot atribui stări ale materiei pentru fiecare pereche de variabile.

Primul pas pentru a scrie o ecuație ionică pură este de a separa reactanții și produșii solubili (apoși) în cationi și anioni respectivi. Precipitația nu este solubilă în apă, astfel încât substanța solidă nu trebuie să fie separată. Regula generală este următoarea.

În ecuația de mai sus, ionii A+ și D sunt prezenți pe ambele părți ale formulei. Ele se mai numesc și molecule spectator, deoarece rămân neschimbate pe parcursul reacției. Deoarece ei sunt cei care trec prin ecuație neschimbate. Deci, ele pot fi excluse pentru a arăta formula unei molecule perfecte.

Ecuația ionică pură prezintă doar reacția de precipitare. Iar o formulă moleculară netă trebuie să fie în mod necesar echilibrată pe ambele părți, nu numai în ceea ce privește atomii elementelor, ci și din punct de vedere al sarcinii electrice. Reacțiile de precipitare sunt de obicei reprezentate exclusiv prin ecuații ionice. În cazul în care toți produsele sunt apoase, nu se poate scrie o formulă moleculară pură. Iar acest lucru se întâmplă pentru că toți ionii sunt excluși ca produse spectatoare. Prin urmare, în mod natural nu are loc nicio reacție de precipitare.

Aplicații și exemple

Reacțiile de precipitare sunt utile pentru a determina dacă elementul dorit este prezent în soluție. În cazul în care se formează un precipitat, de exemplu atunci când o substanță chimică reacționează cu plumbul, prezența componentei în apă poate fi testată prin adăugarea substanței chimice și controlul formării precipitatului. În plus, reflexia prin precipitare poate fi utilizată pentru a extrage elemente, cum ar fi magneziul, din apă de mare. Reacțiile de precipitare apar chiar și în corpul uman între anticorpi și antigeni. Cu toate acestea, mediul în care se întâmplă acest lucru este încă studiat de oamenii de știință din întreaga lume.

Primul exemplu

Este necesar să se completeze reacția de substituție dublă și apoi să se reducă la ecuația ionică pură.

În primul rând, trebuie să se prezică produșii finali ai acestei reacții, folosind cunoștințele despre procesul de dublă substituție. Pentru a face acest lucru, amintiți-vă că cationii și anionii "își schimbă partenerii".

În al doilea rând, merită să separați reactivii în formele lor ionice complete, așa cum există în soluție apoasă. De asemenea, merită să ne amintim să echilibrăm atât sarcina electrică, cât și numărul total de atomi.

În cele din urmă, trebuie incluși toți ionii spectatori (chiar moleculele care apar de ambele părți ale formulei și care nu s-au schimbat). În acest caz, este vorba de substanțe precum sodiul și clorul. Ecuația ionică finală arată în felul următor.

De asemenea, este necesar să se completeze reacția de dublă substituție și apoi să se asigure din nou reducerea acesteia la o ecuație ionică pură.

Rezolvarea generală a problemelor

Produsele prezise ale acestei reacții sunt CoSO4 și NCL din regulile de solubilitate, COSO4 se descompune complet deoarece postulatul 4 afirmă că sulfații (SO2-4) nu se depun în apă. În mod similar, este necesar să se constate că componenta NCL este rezolvabilă pe baza postulatelor 1 și 3 (doar primul pasaj poate fi dat ca dovadă). După echilibrare, ecuația rezultată are următoarea formă.

Pentru o etapă ulterioară, merită să separați toate componentele în formele lor ionice, deoarece acestea vor exista în soluție apoasă. Și, de asemenea, pentru a echilibra sarcina și atomii. Apoi se anulează toți ionii spectatori (cei care apar ca și componente de o parte și de alta a ecuației).

Nici o reacție de precipitare

Acest exemplu particular este important deoarece toți reactanții și produșii sunt apoși, ceea ce înseamnă că sunt excluși din ecuația ionică pură. Nu se formează precipitat solid. Prin urmare, nu are loc nicio reacție de precipitare.

Trebuie să scrieți ecuația ionică totală pentru o reacție cu potențial de dublă deplasare. Merită cu siguranță să includeți starea materiei în soluție, acest lucru va ajuta la obținerea unui echilibru în formula generală.

Soluții

1. Indiferent de starea fizică, produșii acestei reacții sunt Fe(OH)3 și NO3. Regulile de solubilitate prevăd că NO3 se dezintegrează complet în lichid, deoarece toți nitrații sunt (acest lucru dovedește cel de-al doilea punct). Cu toate acestea, Fe (O H)3 este insolubil, deoarece precipitarea ionilor de hidroxid are întotdeauna această formă (cel de-al șaselea postulat poate fi citat ca dovadă), iar Fe nu este unul dintre cationi, ceea ce duce la excluderea componentei. După disociere, ecuația este următoarea:

2. Din reacția de dublă substituție, produșii sunt Al, CL3 și Ba, SO4, AlCL3 este solubil deoarece conține clorură (regula 3). Cu toate acestea, B a S O4 nu se dezintegrează în lichid, deoarece componenta are în compoziție sulfat. Dar și ionul B 2 + îl face insolubil, deoarece este unul dintre cationii care provoacă o excepție de la regula a patra.

Iată cum arată ecuația finală după echilibrare. Și când ionii spectatori sunt eliminați, se obține deja următoarea formulă netă.

3. Din reacția de dublă substituție se formează produșii HNO3 și ZnI2. Conform regulilor, HNO3 se disociază deoarece conține nitrat (al doilea postulat). Și Zn I2 este de asemenea solubil, deoarece iodurile sunt aceleași (regula 3). Aceasta înseamnă că ambii produși sunt apoși (adică se disociază în orice lichid) și, prin urmare, nu are loc o reacție de precipitare.

4. Produșii acestei reacții de dublă substituție sunt C a3(PO4)2 și N CL. Regula 1 afirmă că N CL este solubil și, conform celui de-al șaselea postulat, C a3(PO4)2 nu se descompune.

Exact așa va arăta ecuația ionică atunci când reacția este completă. Iar după eliminarea precipitațiilor obținem formula.

5. Primul produs al acestei reacții, PbSO4, este solubil conform regulii a patra, deoarece este un sulfat. Al doilea produs KNO3 se dizolvă și el în lichid, deoarece conține nitrat (al doilea postulat). Prin urmare, nu are loc nicio reacție de precipitare.

Proces chimic

Acțiunea de a separa un solid dintr-o soluție, fie prin transformarea componentei într-o formă nedecompozabilă, fie prin modificarea compoziției lichidului pentru a reduce calitatea obiectului din el. Diferența dintre precipitare și cristalizare constă în mare măsură în faptul că accentul se pune pe procesul prin care se reduce solubilitatea sau pe ceea ce face ca structura solidului să se organizeze.

În unele cazuri, se poate utiliza precipitarea selectivă pentru îndepărtare interferențe din partea amestecului. Se adaugă un reactiv chimic în soluție și acesta reacționează selectiv cu interferența pentru a forma un precipitat. Acesta poate fi apoi separat fizic din amestec.

Precipitarea este adesea utilizată pentru a elimina ionii metalici din soluții apoase: ionii de argint prezenți într-o componentă de sare lichidă, cum ar fi nitratul de argint, care sunt precipitați prin adăugarea de molecule de clor, cu condiția, de exemplu, să se utilizeze sodiu. Ionii primului component și ai celui de-al doilea se combină pentru a forma clorură de argint, un compus insolubil în apă. În mod similar, moleculele de bariu sunt transformate atunci când calciul este precipitat de oxalat. Au fost elaborate scheme pentru analiza amestecurilor de ioni metalici prin aplicarea secvențială a reactivilor care precipită substanțe specifice sau grupuri înrudite ale acestora.

În multe cazuri, se pot alege orice condiții în care substanța se precipită într-o formă foarte pură și ușor de separat. Separarea acestor precipitate și determinarea masei lor sunt metode precise de precipitare, găsind cantitățile de diferiți compuși.

Atunci când se încearcă separarea solidelor din soluții care conțin mai multe componente, în cristale se încorporează adesea componente nedorite, ceea ce reduce puritatea lor și afectează precizia analizei. Această contaminare poate fi redusă prin efectuarea etapelor cu soluții diluate și prin adăugarea lentă a agentului de precipitare. O tehnică eficientă se numește precipitare omogenă, în care se sintetizează în soluție și nu se adaugă mecanic. În cazuri dificile, poate fi necesar să se izoleze precipitat contaminat, să se redisolveze și apoi să se precipite din nou. Majoritatea substanțelor perturbatoare sunt eliminate în componenta inițială și se face o a doua încercare în absența completă a substanțelor perturbatoare.

În plus, reacția este denumită după componenta solidă care rezultă în urma reacției de precipitare.

Pentru a afecta descompunerea substanțelor dintr-un compus, este necesar un precipitat care să formeze un compus insolubil, creat fie prin interacțiunea a două săruri, fie prin schimbarea temperaturii.

Această depunere de ioni poate indica faptul că a avut loc o reacție chimică, dar poate apărea și dacă concentrația substanței dizolvate depășește descompunerea completă a acesteia. Acțiunea este precedată de un eveniment numit nucleație. Atunci când particule mici insolubile se agregă unele cu altele sau formează o parte superioară a unei interfețe cu o suprafață, cum ar fi peretele unui recipient sau un cristal de sămânță.

Concluzii cheie: definiția precipitațiilor în chimie

În această știință, această componentă este atât un verb, cât și un substantiv. Nuclearea este formarea unui compus insolubil, fie prin reducerea descompunerii complete a unui compus, fie prin interacțiunea a două componente de sare.

Solidul îndeplinește o funcție importantă. Deoarece se formează ca rezultat al reacției de precipitare și se numește precipitat. Solid utilizat pentru purificarea, îndepărtarea sau extragerea sărurilor. Și, de asemenea pentru fabricarea de pigmenți și identificarea substanțelor în analiza calitativă.

Precipitant versus precipitat, un aparat conceptual

Terminologia poate părea puțin confuză. Iată cum funcționează: formarea unui solid dintr-o soluție se numește precipitare. Iar componenta chimică care provoacă descompunerea dură în stare lichidă se numește precipitant. Dacă dimensiunea particulelor unui compus insolubil este foarte mică sau dacă gravitația nu este suficientă pentru a trage componenta cristalină spre fundul recipientului, precipitatul poate fi dispersat uniform în lichid, formând o suspensie. Sedimentarea se referă la orice procedură care separă sedimentul de partea apoasă a soluției, care se numește supernatant. O metodă obișnuită de sedimentare este centrifugarea. După ce nămolul a fost extras, pulberea rezultată poate fi numită "floare".

Un alt exemplu de formare a legăturii

Amestecarea nitratului de argint și a clorurii de sodiu în apă va determina precipitarea clorurii de argint din soluție sub formă solidă. Adică, în acest exemplu, precipitatul este un HC.

Atunci când se scrie reacția chimică, prezența precipitatului poate fi indicată prin următoarea formulă științifică cu săgeata în jos.

Utilizarea precipitațiilor

Aceste componente pot fi utilizate pentru a identifica cationul sau anionul din sare ca parte a unei analize calitative. Se știe că metalele de tranziție formează precipitații de culori diferite în funcție de identitatea lor elementară și de gradul de oxidare. Reacțiile de precipitare sunt utilizate în principal pentru a elimina sărurile din apă. De asemenea, pentru izolarea produselor și pentru prepararea pigmenților. În condiții controlate, reacția de precipitare produce cristale clare de precipitat. În metalurgie, acestea sunt folosite pentru a întări aliajele.

Cum se reconstituie nămolul

Există mai multe metode sedimentare utilizată pentru extracția materiilor solide:

1. Filtrare. În această acțiune, soluția care conține precipitat se toarnă pe un filtru. În mod ideal, solidul rămâne pe hârtie, iar lichidul trece prin ea. Recipientul poate fi clătit și turnat pe un filtru pentru a ajuta la recuperare. Întotdeauna există o anumită pierdere, fie prin dizolvare în lichid, fie prin trecerea prin hârtie, fie prin aderență la materialul conductiv.
2. Centrifugare: în această acțiune, soluția este centrifugată rapid. Pentru ca tehnica să funcționeze, precipitatul solid trebuie să fie mai dens decât lichidul. Componenta compactată, poate fi obținută prin turnarea întregii cantități de apă. Pierderile sunt de obicei mai mici decât în cazul filtrării. Centrifugarea funcționează bine cu eșantioane de dimensiuni mici.
3. Decantare: în această acțiune, stratul lichid este turnat sau aspirat din nămol. În unele cazuri, se adaugă un solvent suplimentar pentru a separa apa de solid. Decantarea poate fi utilizată cu întreaga componentă după centrifugare.

Îmbătrânirea sedimentului

Un proces numit fierbere are loc atunci când un solid proaspăt este lăsat să rămână în soluția sa. De obicei, temperatura întregului lichid crește. Digestia improvizată poate produce particule mai mari cu puritate ridicată. Procesul care duce la acest rezultat este cunoscut sub numele de "Maturarea Ostwald".