Утайка: реакция на утаяване и примери

Утаяването или химичното утаяване е процес, който се състои в образуването на неразтворимо твърдо вещество от сместа от два хомогенни разтвора. За разлика от валежите от дъжд и сняг, при този вид валежи "вали твърдо" от повърхността на течността.

В два хомогенни разтвора йони се разтварят във вода. Когато те взаимодействат с други йони (по време на смесването), техните електростатични взаимодействия позволяват растежа на кристал или на желатиново твърдо вещество. В резултат на тежестта, това твърдо вещество завършва с отлагането на дъното на стъкления материал.

Утаяването се регулира от йонно равновесие, което зависи от много променливи: от концентрацията и естеството на намерените видове до температурата на водата и разрешеното време за контакт на твърдото вещество с водата.

Освен това, не всички йони са в състояние да установят това равновесие, или какво е същото, не всички могат да наситят разтвора при много ниски концентрации. Например, за да се утаи NaCl, е необходимо изпаряване на водата или добавяне на повече сол.

Наситеният разтвор означава, че той вече не може да се разтвори по-твърд, така че се утаява. Поради тази причина утаяването е също ясен сигнал, че решението е наситено.

Реакция на утаяване

Като се има предвид разтвор с разтворени А йони, а другият с В йони, когато се смесва химичното уравнение на реакцията, се предвижда:

A + (ac) + B- (ac) AB (s)

Обаче, "почти" е невъзможно за А и В първоначално да бъдат сами, задължително да се придружават от други йони с противоположни заряди.

В този случай, А + образува разтворимо съединение с видовете С-, а В- прави същото с вида D +. По този начин химичното уравнение добавя нови видове:

AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)

Вид A + измества вида D +, за да образува твърдото AB; от своя страна, видовете C- изместват B-, за да образуват разтворимо твърдо DC.

Това означава, че се случват двойни измествания (реакция на метатезата). Тогава реакцията на утаяване е реакция на двойно изместване на йони.

За примера, показан по-горе, бехеровата чаша съдържа златни кристали от оловен (II) йодид (PbI 2 ), продукт на реакцията, известна като "златен дъжд":

Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)

Съгласно предишното уравнение, A = Pb2 +, C- = NO3-, D = K + и B = I-.

Образуване на утайка

Стените на чашата показват кондензирана вода в резултат на интензивна топлина. С каква цел се нагрява водата? Да се ​​забави процеса на образуване на кристали PbI 2 и да се акцентира върху ефекта на златния дъжд.

Когато се срещат две I-аниони, Pb2 + катионът образува малко ядро ​​от три йона, което не е достатъчно за изграждане на кристал. По същия начин, в други области на разтвора се събират и други йони, за да се образуват ядра; Този процес е известен като нуклеация.

Тези ядра привличат други йони и по този начин растат, за да образуват колоидни частици, отговорни за жълтото замъгляване на разтвора.

По същия начин, тези частици взаимодействат с други хора, за да предизвикат образуването на съсиреци, а тези съсиреци с други, за да създадат утайката.

Въпреки това, когато това се случи, утайката се получава от желатиновия тип, с ярки кристали на някои кристали, които "се скитат" през разтвора. Това е така, защото скоростта на нуклеация е по-голяма от растежа на ядрата.

От друга страна, максималният растеж на ядрото се отразява в брилянтен кристал. За да се гарантира този кристал, разтворът трябва да бъде леко пренаситен, което се постига чрез повишаване на температурата преди утаяване.

По този начин, тъй като разтворът се охлажда, сърцевините имат достатъчно време да растат. Освен това, тъй като концентрацията на солите не е много висока, температурата контролира процеса на нуклеация. Следователно и двете променливи допринасят за появата на кристали PbI 2 .

Разтворим продукт

PbI 2 установява баланс между това и йоните в разтвора:

PbI 2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)

Константата на това равновесие се нарича константа на продукта на разтворимост, K ps . Терминът "продукт" се отнася до умножаване на концентрациите на йони, които образуват твърдото вещество:

K ps = [Pb2 +] [I-] 2

Тук твърдото вещество е съставено от йони, изразени в уравнението; въпреки това, той не разглежда твърдото в тези изчисления.

Концентрациите на Pb2 + йони и I- йони са равни на разтворимостта на PbI 2 . Това означава, че чрез определяне на разтворимостта на едно от тях може да се изчисли това на другото и на константата K ps .

Какви са стойностите на K ps за малкото водоразтворими съединения? Това е мярка за степента на неразтворимост на съединението при определена температура (25 ° С). Така, колкото по-малък е K ps, толкова по-неразрешим е той.

Следователно, когато тази стойност се сравнява с тази на други съединения, може да се предвиди коя двойка (например AB и DC) ще се утаи първо. В случая на хипотетичното DC съединение, неговият K ps може да бъде толкова висок, че за да се утаи, той се нуждае от по-високи концентрации на D + или С- в разтвор.

Това е ключът към това, което е известно като фракционирано утаяване. Също така, познавайки K ps за неразтворима сол, минималното количество може да бъде изчислено, за да се утаи в литър вода.

Въпреки това, в случая с KNO 3 няма такова равновесие, така че му липсва K ps . Всъщност това е сол, която е изключително разтворима във вода.

Примери

Реакциите на утаяване са един от процесите, които обогатяват света на химичните реакции. Допълнителни примери (освен златния дъжд) са:

AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)

Горното изображение илюстрира образуването на бялата утайка от сребърен хлорид. Най-общо, повечето сребърни съединения имат бели цветове.

BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (ac) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)

Образува се бяла утайка от бариев сулфат.

2CONSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (ac)

Образува се синкавата утайка от меден (II) двуосновен сулфат.

2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)

Образува се оранжева утайка от сребърен хромат.

CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => СаСО 3 (s) + 2NaCl (ac)

Образува се бяла утайка от калциев карбонат, известен още като варовик.

Fe (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)

Накрая се образува оранжевата утайка от железен (III) хидроксид. По този начин реакциите на утаяване произвеждат всяко съединение.