Precipitácia je vytvorenie tuhej látky z roztoku. Spočiatku reakcia prebieha v kvapalnom stave, po ktorom sa vytvorí určitá látka, ktorá sa nazýva "zrazenina". Chemická zložka, ktorá spôsobuje jej tvorbu, má taký vedecký termín ako "zrážač". Bez dostatočnej gravitácie (usadzovania), aby sa tvrdé častice spojili, sediment zostáva v suspenzii.
Po usadzovaní, najmä pri použití kompaktnej odstredivky, možno usadzovanie nazvať „granula“. Dá sa použiť ako médium. Kvapalina, ktorá zostáva nad pevnou látkou bez vyzrážania, sa nazýva „supernatant“. Zrážky sú prášky získané zo zvyškov hornín. Historicky boli tiež známe ako "kvety". Keď sa pevná látka objaví vo forme chemicky upravených celulózových vlákien, tento proces sa často označuje ako regenerácia.
Rozpustnosť prvku
Vytvorenie zrazeniny niekedy naznačuje výskyt chemickej reakcie. Akvyzrážanie z roztokov dusičnanu strieborného sa naleje do kvapaliny chloridu sodného, potom dôjde k chemickému odrazu s tvorbou bielej zrazeniny z drahého kovu. Keď kvapalný jodid draselný reaguje s dusičnanom olovnatým, vytvorí sa žltá zrazenina jodidu olovnatého.
Zrážanie môže nastať, ak koncentrácia zlúčeniny prekročí jej rozpustnosť (napríklad pri zmiešaní rôznych zložiek alebo pri zmene ich teploty). K úplnému zrážaniu môže dôjsť len rýchlo z presýteného roztoku.
V tuhých látkach proces nastáva, keď je koncentrácia jedného produktu nad limitom rozpustnosti v inom hostiteľskom telese. Napríklad v dôsledku rýchleho ochladzovania alebo implantácie iónov je teplota dostatočne vysoká na to, aby difúzia mohla viesť k oddeleniu látok a tvorbe zrazeniny. Celková depozícia v tuhom stave sa bežne používa na syntézu nanoklastrov.
Presýtenie tekutinami
Dôležitým krokom v procese zrážania je začiatok nukleácie. Vytvorenie hypotetickej pevnej častice zahŕňa vytvorenie rozhrania, ktoré si samozrejme vyžaduje určitú energiu založenú na relatívnom pohybe povrchu pevnej látky aj roztoku. Ak nie je k dispozícii vhodná nukleačná štruktúra, dochádza k presýteniu.
Príklad zrážania: meď z drôtu, ktorý je vytlačený striebrom do roztoku dusičnanu kovu, v ktorom je ponorený. Samozrejme, že po týchto experimentoch sa tuhý materiál vyzráža. Na výrobu pigmentov možno použiť zrážacie reakcie. A tiež odstrániťsoli z vody pri jej spracovaní a pri klasickej kvalitatívnej anorganickej analýze. Takto sa ukladá meď.
Kryštály porfyrínu
Precipitácia je užitočná aj pri izolácii reakčných produktov pri spracovaní. V ideálnom prípade sú tieto látky nerozpustné v reakčnej zložke.
Tuhá látka sa teda pri vytváraní vyzráža, pokiaľ možno vytvorí čisté kryštály. Príkladom toho je syntéza porfyrínov vo vriacej kyseline propiónovej. Keď sa reakčná zmes ochladí na teplotu miestnosti, kryštály tejto zložky spadnú na dno nádoby.
Zrážanie môže nastať aj vtedy, keď sa pridá anti-rozpúšťadlo, ktoré drasticky zníži absolútny obsah vody v požadovanom produkte. Pevná látka sa potom môže ľahko oddeliť filtráciou, dekantáciou alebo odstredením. Príkladom je syntéza tetrafenylporfyrínu chloridu chromitého: k reakčnému roztoku DMF sa pridá voda a produkt sa vyzráža. Zrážanie je tiež užitočné pri čistení všetkých zložiek: surový bdim-cl sa úplne rozloží v acetonitrile a vyhodí do etylacetátu, kde sa vyzráža. Ďalšou dôležitou aplikáciou antirozpúšťadla je zrážanie etanolom z DNA.
V metalurgii je zrážanie tuhých roztokov tiež užitočným spôsobom vytvrdzovania zliatin. Tento proces rozkladu je známy ako tvrdnutie pevnej zložky.
Zobrazenie pomocou chemických rovníc
Príklad zrážacej reakcie: vodný dusičnan strieborný (AgNO 3)pridaný do roztoku obsahujúceho chlorid draselný (KCl), pozoruje sa rozklad bielej pevnej látky, ale už striebra (AgCl).
Na druhej strane vytvoril oceľový komponent, ktorý možno pozorovať ako zrazeninu.
Táto precipitačná reakcia môže byť napísaná s dôrazom na disociované molekuly v kombinovanom roztoku. Toto sa nazýva iónová rovnica.
Posledný spôsob vytvorenia takejto reakcie je známy ako čistá väzba.
Zrážanie rôznych farieb
Zelené a červenohnedé škvrny na vzorke vápencového jadra zodpovedajú tuhým časticiam oxidov a hydroxidov Fe 2+ a Fe 3+.
Mnohé zlúčeniny obsahujúce kovové ióny vytvárajú zrazeniny s výraznými farbami. Nižšie sú uvedené typické odtiene pre rôzne nanášania kovov. Mnohé z týchto zlúčenín však môžu vytvárať farby, ktoré sa veľmi líšia od tých, ktoré sú uvedené v zozname.
Iné asociácie zvyčajne tvoria biele zrazeniny.
Analýza aniónov a katiónov
Precipitácia je užitočná pri zisťovaní typu katiónu v soli. Za týmto účelom zásada najskôr reaguje s neznámou zložkou za vzniku pevnej látky. Ide o vyzrážanie hydroxidu danej soli. Na identifikáciu katiónu si všimnite farbu zrazeniny a jej nadmernú rozpustnosť. Podobné procesy sa často používajú postupne – napríklad zmes dusičnanu bárnatého bude reagovať so síranovými iónmi za vzniku pevnej zrazeniny síranu bárnatého, čo naznačuje pravdepodobnosť, že druhé látky sú prítomné vo veľkom množstve.
Proces trávenia
Starnutie zrazeniny nastáva, keď novovytvorená zložka zostáva v roztoku, z ktorého sa vyzráža, zvyčajne pri vyššej teplote. Výsledkom sú čistejšie a hrubšie usadeniny častíc. Fyzikálno-chemický proces, ktorý je základom trávenia, sa nazýva Ostwaldovo zrenie. Tu je príklad zrážania bielkovín.
Táto reakcia nastáva, keď sa katióny a anióny v roztoku hydrofytu spoja za vzniku nerozpustnej, heteropolárnej pevnej látky nazývanej zrazenina. Či takáto reakcia prebehne alebo nie, sa dá zistiť aplikáciou princípov obsahu vody na všeobecné molekulárne tuhé látky. Pretože nie všetky vodné reakcie tvoria precipitáty, je potrebné sa pred stanovením stavu produktov a napísaním celkovej iónovej rovnice oboznámiť s pravidlami rozpustnosti. Schopnosť predpovedať tieto reakcie umožňuje vedcom určiť, ktoré ióny sú prítomné v roztoku. Pomáha tiež priemyselným závodom vytvárať chemikálie extrakciou zložiek z týchto reakcií.
Vlastnosti rôznych zrážok
Sú to nerozpustné iónové reakčné tuhé látky, ktoré vznikajú, keď sa určité katióny a anióny zlúčia vo vodnom roztoku. Determinanty tvorby kalu sa môžu meniť. Niektoré reakcie sú závislé od teploty, ako napríklad roztoky používané pre pufre, zatiaľ čo iné súvisia iba s koncentráciou roztoku. Pevné látky vznikajúce pri zrážacích reakciách sú kryštalické zložky amôže byť suspendovaný v celej kvapaline alebo spadnúť na dno roztoku. Zvyšná voda sa nazýva supernatant. Dva prvky konzistencie (precipitát a supernatant) môžu byť oddelené rôznymi metódami, ako je filtrácia, ultracentrifugácia alebo dekantácia.
Interakcia zrážok a dvojitá výmena
Aplikácia zákonov rozpustnosti si vyžaduje pochopenie toho, ako reagujú ióny. Väčšina zrážacích interakcií je proces jednoduchého alebo dvojitého vytesnenia. Prvá možnosť nastáva, keď sa dva iónové reaktanty disociujú a viažu sa na zodpovedajúci anión alebo katión inej látky. Molekuly sa navzájom nahrádzajú na základe svojho náboja buď ako katión alebo anión. Dá sa to vnímať ako „striedanie partnerov“. To znamená, že každé z dvoch činidiel „stratí“svojho spoločníka a vytvorí väzbu s druhým, napríklad dôjde k chemickému zrážaniu so sírovodíkom.
Reakcia dvojitej náhrady je špecificky klasifikovaná ako proces tuhnutia, keď sa príslušná chemická rovnica vyskytuje vo vodnom roztoku a jeden z výsledných produktov je nerozpustný. Príklad takéhoto procesu je uvedený nižšie.
Obe činidlá sú vodné a jeden produkt je tuhý. Pretože všetky zložky sú iónové a kvapalné, disociujú sa, a preto sa môžu navzájom úplne rozpustiť. Existuje však šesť princípov vodnatosti, ktoré sa používajú na predpovedanie, ktoré molekuly sú nerozpustné, keď sú uložené vo vode. Tieto ióny tvoria celkom pevnú zrazeninumixy.
Pravidlá rozpustnosti, miera vyrovnania
Je zrážacia reakcia daná pravidlom obsahu vody v látkach? V skutočnosti všetky tieto zákony a dohady poskytujú usmernenia, ktoré hovoria, ktoré ióny tvoria pevné látky a ktoré zostávajú vo svojej pôvodnej molekulárnej forme vo vodnom roztoku. Pravidlá sa musia dodržiavať zhora nadol. To znamená, že ak je niečo nerozhodnuteľné (alebo rozhodnuté) už z dôvodu prvého postulátu, má prednosť pred nasledujúcimi vyššie očíslovanými označeniami.
Bromidy, chloridy a jodidy sú rozpustné.
Soli obsahujúce zrážanie striebra, olova a ortuti nemožno úplne zmiešať.
Ak pravidlá uvádzajú, že molekula je rozpustná, zostáva vo forme vody. Ak je však zložka nemiešateľná v súlade so zákonmi a postulátmi opísanými vyššie, potom tvorí pevnú látku s predmetom alebo kvapalinou z iného činidla. Ak sa ukáže, že všetky ióny v akejkoľvek reakcii sú rozpustné, potom proces zrážania nenastane.
Čisté iónové rovnice
Pre pochopenie definície tohto pojmu je potrebné si zapamätať zákon pre reakciu dvojitého nahradenia, ktorý bol uvedený vyššie. Pretože táto konkrétna zmes je zrážacou metódou, ku každému páru premenných možno priradiť stavy hmoty.
Prvým krokom k napísaniu čistej iónovej rovnice je oddelenie rozpustných (vodných) reaktantov a produktov na ich príslušnékatiónov a aniónov. Zrazeniny sa nerozpúšťajú vo vode, takže by sa nemala oddeľovať žiadna pevná látka. Výsledné pravidlo vyzerá takto.
Vo vyššie uvedenej rovnici sú ióny A+ a D - prítomné na oboch stranách vzorca. Nazývajú sa tiež molekuly divákov, pretože zostávajú rovnaké počas celej reakcie. Pretože sú to tie, ktoré prechádzajú rovnicou nezmenené. To znamená, že ich možno vylúčiť, aby sa ukázal vzorec bezchybnej molekuly.
Rovnica čistých iónov zobrazuje iba zrážaciu reakciu. A sieťový molekulárny vzorec musí byť nevyhnutne vyvážený na oboch stranách, nielen z hľadiska atómov prvkov, ale aj ak ich uvažujeme zo strany elektrického náboja. Zrážkové reakcie sú zvyčajne reprezentované výlučne iónovými rovnicami. Ak sú všetky produkty vodné, čistý molekulárny vzorec nemožno napísať. A to sa deje, pretože všetky ióny sú vylúčené ako produkty diváka. Preto prirodzene nenastáva žiadna zrážacia reakcia.
Aplikácie a príklady
Precipitačné reakcie sú užitočné pri určovaní, či je v roztoku prítomný správny prvok. Ak sa vytvorí zrazenina, napríklad pri reakcii chemikálie s olovom, prítomnosť tejto zložky vo vodných zdrojoch možno skontrolovať pridaním chemikálie a monitorovaním tvorby zrazeniny. Okrem toho je možné využiť sedimentačný odraz na extrakciu prvkov, ako je horčík z moravoda. Medzi protilátkami a antigénmi sa dokonca u ľudí vyskytujú zrážacie reakcie. Prostredie, v ktorom k tomu dochádza, však stále skúmajú vedci z celého sveta.
Prvý príklad
Je potrebné dokončiť dvojitú substitučnú reakciu a potom ju zredukovať na rovnicu čistého iónu.
Po prvé, je potrebné predpovedať konečné produkty tejto reakcie pomocou znalosti procesu dvojitej náhrady. Aby ste to dosiahli, nezabudnite, že katióny a anióny „vymieňajú partnerov“.
Po druhé, stojí za to rozdeliť reagencie na ich plnohodnotné iónové formy, pretože existujú vo vodnom roztoku. A nezabudnite vyvážiť elektrický náboj a celkový počet atómov.
Nakoniec musíte zahrnúť všetky divácke ióny (rovnaké molekuly, ktoré sa vyskytujú na oboch stranách vzorca, ktoré sa nezmenili). V tomto prípade ide o látky ako sodík a chlór. Konečná iónová rovnica vyzerá takto.
Je tiež potrebné dokončiť dvojitú substitučnú reakciu a potom ju znova zredukovať na rovnicu čistého iónu.
Riešenie všeobecných problémov
Predpovedané produkty tejto reakcie sú CoSO4 a NCL z pravidiel rozpustnosti, COSO4 sa úplne rozpadne, pretože bod 4 uvádza, že sírany (SO2–4) sa neusadzujú vo vode. Podobne treba zistiť, že komponent NCL je rozhoditeľný na základe postulátu 1 a 3 (ako dôkaz možno uviesť iba prvú pasáž). Po vyvážení má výsledná rovnica nasledujúci tvar.
V ďalšom kroku sa oplatí rozdeliť všetky zložky na ich iónové formy, pretože budú existovať vo vodnom roztoku. A tiež na vyrovnanie náboja a atómov. Potom zrušte všetky divácke ióny (tie, ktoré sa objavujú ako zložky na oboch stranách rovnice).
Žiadna zrážacia reakcia
Tento konkrétny príklad je dôležitý, pretože všetky reaktanty a produkty sú vodné, čo znamená, že sú vylúčené z čistej iónovej rovnice. Neexistuje žiadna pevná zrazenina. Preto nenastane žiadna zrážacia reakcia.
Je potrebné napísať celkovú iónovú rovnicu pre potenciálne reakcie s dvojitým posunom. Nezabudnite do riešenia zahrnúť stav hmoty, pomôže to dosiahnuť rovnováhu v celkovom vzorci.
Solutions
1. Bez ohľadu na fyzikálny stav sú produktmi tejto reakcie Fe(OH)3 a NO3. Pravidlá rozpustnosti predpovedajú, že NO3 sa v kvapaline úplne rozloží, pretože všetky dusičnany sa rozložia (to dokazuje druhý bod). Fe(OH)3 je však nerozpustný, pretože zrážanie hydroxidových iónov má vždy túto formu (ako dôkaz možno uviesť šiesty postulát) a Fe nepatrí medzi katióny, čo vedie k vylúčeniu zložky. Po disociácii rovnica vyzerá takto:
2. Výsledkom reakcie dvojitej náhrady sú produkty Al, CL3 a Ba, SO4, AlCL3 je rozpustný, pretože obsahuje chlorid (pravidlo 3). B a S O4 sa však v kvapaline nerozkladá, pretože zložka obsahuje síran. Ale ión B 2 + ho tiež robí nerozpustným, pretože jejeden z katiónov, ktorý spôsobuje výnimku zo štvrtého pravidla.
Takto vyzerá výsledná rovnica po vyvážení. A keď sa odstránia divácke ióny, získa sa nasledujúci sieťový vzorec.
3. Z reakcie dvojitej náhrady vznikajú produkty HNO3, ako aj ZnI2. Podľa pravidiel sa HNO3 rozkladá, pretože obsahuje dusičnany (druhý postulát). A Zn I2 je tiež rozpustný, pretože jodidy sú rovnaké (bod 3). To znamená, že oba produkty sú vodné (to znamená, že disociujú v akejkoľvek kvapaline), a preto nedochádza k žiadnej zrážacej reakcii.
4. Produktmi tejto dvojitej substitučnej reflexie sú Ca3(PO4)2 a NCL. Pravidlo 1 hovorí, že N CL je rozpustný a podľa šiesteho postulátu sa Ca3(PO4)2 nerozkladá.
Takto bude vyzerať iónová rovnica po dokončení reakcie. A po odstránení zrážok sa získa tento vzorec.
5. Prvý produkt tejto reakcie, PbSO4, je rozpustný podľa štvrtého pravidla, pretože je to síran. Druhý produkt KNO3 sa tiež rozkladá v kvapaline, pretože obsahuje dusičnany (druhý postulát). Preto nenastane žiadna zrážacia reakcia.
Chemický proces
Toto oddeľovanie tuhej látky počas zrážania od roztokov nastáva buď premenou zložky na nerozpadajúcu sa formu, alebo zmenou zloženia kvapaliny tak, žeznížiť kvalitu položky v nej. Rozdiel medzi precipitáciou a kryštalizáciou do značnej miery spočíva v tom, či je kladený dôraz na proces, ktorým sa znižuje rozpustnosť, alebo čím sa štruktúra pevnej látky organizuje.
V niektorých prípadoch možno na odstránenie hluku zo zmesi použiť selektívne zrážanie. Do roztoku sa pridá chemické činidlo a selektívne reaguje s interferenciou za vzniku zrazeniny. Potom sa môže fyzicky oddeliť od zmesi.
Precipitáty sa často používajú na odstránenie kovových iónov z vodných roztokov: ióny striebra prítomné v zložke tekutej soli, ako je dusičnan strieborný, ktorý sa vyzráža pridaním molekúl chlóru, napríklad za predpokladu, že sa použije sodík. Ióny prvej a druhej zložky sa spoja za vzniku chloridu strieborného, zlúčeniny, ktorá je nerozpustná vo vode. Podobne sa molekuly bária premieňajú, keď sa vápnik vyzráža šťavelanom. Boli vyvinuté schémy na analýzu zmesí kovových iónov postupnou aplikáciou činidiel, ktoré precipitujú špecifické látky alebo ich pridružené skupiny.
V mnohých prípadoch je možné zvoliť akúkoľvek podmienku, pri ktorej sa látka vyzráža vo veľmi čistej a ľahko oddeliteľnej forme. Izolácia takýchto precipitátov a určenie ich hmotnosti sú presné metódy zrážania, zisťovanie množstva rôznych zlúčenín.
Pri pokuse oddeliť pevnú látku z roztoku obsahujúceho viacero zložiek sa do kryštálov často začlenia nežiaduce zložky, čím sa zníži ichčistotu a zhoršuje presnosť analýzy. Takáto kontaminácia môže byť znížená prevádzkou so zriedenými roztokmi a pomalým pridávaním zrážacieho činidla. Účinná technika sa nazýva homogénna precipitácia, pri ktorej sa syntetizuje v roztoku a nie mechanicky. V zložitých prípadoch môže byť potrebné izolovať kontaminovanú zrazeninu, znova ju rozpustiť a tiež vyzrážať. Väčšina rušivých látok je odstránená v pôvodnej zložke a druhý pokus sa uskutoční v ich neprítomnosti.
Okrem toho je názov reakcie daný tuhou zložkou, ktorá vzniká ako výsledok zrážacej reakcie.
Na ovplyvnenie rozkladu látok v zlúčenine je potrebná zrazenina na vytvorenie nerozpustnej zlúčeniny, ktorá vzniká buď interakciou dvoch solí alebo zmenou teploty.
Toto zrážanie iónov môže naznačovať, že prebehla chemická reakcia, ale môže k nej dôjsť aj vtedy, ak koncentrácia rozpustenej látky prekročí jej podiel celkového rozpadu. Akcia predchádza udalosti nazývanej nukleácia. Keď sa malé nerozpustné častice zhlukujú navzájom alebo vytvoria horné rozhranie s povrchom, ako je stena nádoby alebo zárodočný kryštál.
Kľúčové zistenia: Zrážky v chémii
V tejto vede je týmto komponentom sloveso aj podstatné meno. Precipitácia je tvorba nejakej nerozpustnej zlúčeniny, buď znížením úplného rozpadu kombinácie, alebo prostredníctvom interakcie dvoch zložiek soli.
Pevná látka fungujedôležitá funkcia. Pretože vzniká v dôsledku zrážacej reakcie a nazýva sa zrazenina. Pevná látka sa používa na čistenie, odstránenie alebo extrakciu solí. A tiež na výrobu pigmentov a identifikáciu látok v kvalitatívnej analýze.
Zrážky verzus zrážky, koncepčný rámec
Terminológia môže byť trochu mätúca. Funguje to takto: Vznik tuhej látky z roztoku sa nazýva zrazenina. A chemická zložka, ktorá v kvapalnom stave prebúdza tvrdý rozklad, sa nazýva zrážadlo. Ak je veľkosť častíc nerozpustnej zlúčeniny veľmi malá, alebo ak gravitácia nie je dostatočná na to, aby stiahla kryštalickú zložku na dno nádoby, zrazenina sa môže rovnomerne rozložiť v kvapaline, čím sa vytvorí kaša. Sedimentácia sa týka akéhokoľvek postupu, ktorý oddeľuje sediment od vodnej časti roztoku, ktorý sa nazýva supernatant. Bežnou sedimentačnou metódou je centrifugácia. Po odstránení zrazeniny možno výsledný prášok nazvať „kvet“.
Ďalší príklad tvorby dlhopisov
Zmiešanie dusičnanu strieborného a chloridu sodného vo vode spôsobí, že sa chlorid strieborný vyzráža z roztoku ako tuhá látka. To znamená, že v tomto príklade je zrazenina cholesterol.
Pri písaní chemickej reakcie môže byť prítomnosť zrážok označená nasledujúcim vedeckým vzorcom so šípkou nadol.
Používanie zrážok
Tieto zložky možno použiť na identifikáciu katiónu alebo aniónu v soli ako súčasť kvalitatívnej analýzy. Je známe, že prechodné kovy tvoria rôzne farby precipitátov v závislosti od ich elementárnej identity a oxidačného stavu. Zrážacie reakcie sa využívajú najmä na odstránenie solí z vody. A tiež na výber produktov a na prípravu pigmentov. Za kontrolovaných podmienok zrážacia reakcia produkuje čisté kryštály zrazeniny. V metalurgii sa používajú na kalenie zliatin.
Ako obnoviť sediment
Na extrakciu tuhej látky sa používa niekoľko metód zrážania:
- Filtrovanie. Pri tejto akcii sa roztok obsahujúci zrazeninu naleje na filter. V ideálnom prípade zostáva pevná látka na papieri, kým cez ňu prechádza kvapalina. Nádobu je možné opláchnuť a naliať cez filter, aby sa uľahčilo zotavenie. Vždy dochádza k určitej strate, buď v dôsledku rozpustenia v kvapaline, prechodu cez papier alebo v dôsledku priľnavosti k vodivému materiálu.
- Odstredenie: Táto akcia rýchlo roztočí roztok. Aby táto technika fungovala, tuhá zrazenina musí byť hustejšia ako kvapalina. Zahustenú zložku je možné získať vyliatím všetkej vody. Zvyčajne sú straty menšie ako pri filtrovaní. Centrifugácia funguje dobre pri malých veľkostiach vzoriek.
- Dekantácia: tento úkon vyleje vrstvu tekutiny alebo ju vysaje zo sedimentu. V niektorých prípadoch sa pridá ďalšie rozpúšťadlo na oddelenie vody od pevnej látky. Dekant sa môže použiť s celým komponentom po odstredení.
Zrážkové starnutie
Proces nazývaný trávenie nastáva, keďčerstvá tuhá látka sa nechá zostať vo svojom roztoku. Zvyčajne teplota celej kvapaliny stúpa. Improvizované trávenie môže produkovať väčšie častice s vysokou čistotou. Proces, ktorý vedie k tomuto výsledku, je známy ako „Ostwaldovo zrenie“.
