Srážení je vytvoření pevné látky z roztoku. Zpočátku reakce probíhá v kapalném stavu, po kterém se vytvoří určitá látka, která se nazývá "sraženina". Chemická složka, která způsobuje její tvorbu, má takový vědecký termín jako "precipitátor". Bez dostatečné gravitace (usazování), aby se tvrdé částice spojily, sediment zůstává v suspenzi.
Po usazení, zejména při použití kompaktní odstředivky, může být usazování nazýváno "granule". Lze jej použít jako médium. Kapalina, která zůstává nad pevnou látkou bez vysrážení, se nazývá „supernatant“. Precipitace jsou prášky získané ze zbytkových hornin. Historicky byly také známé jako „květiny“. Když se pevná látka objeví ve formě chemicky upravených celulózových vláken, tento proces se často nazývá regenerace.
Rozpustnost prvku
Vytvoření sraženiny někdy indikuje výskyt chemické reakce. Pokudvysrážení z roztoků dusičnanu stříbrného se nalije do kapaliny chloridu sodného, poté dojde k chemickému odrazu s tvorbou bílé sraženiny z drahého kovu. Když kapalný jodid draselný reaguje s dusičnanem olovnatým, vytvoří se žlutá sraženina jodidu olovnatého.
Srážení může nastat, pokud koncentrace sloučeniny překročí její rozpustnost (například při míchání různých složek nebo při změně jejich teploty). K úplnému vysrážení může dojít pouze rychle z přesyceného roztoku.
U pevných látek k procesu dochází, když je koncentrace jednoho produktu nad limitem rozpustnosti v jiném hostitelském těle. Například v důsledku rychlého ochlazení nebo implantace iontů je teplota dostatečně vysoká, že difúze může vést k oddělení látek a tvorbě sraženiny. Celková depozice v pevné fázi se běžně používá pro syntézu nanoklastrů.
Přesycení tekutinami
Důležitým krokem v procesu srážení je začátek nukleace. Vytvoření hypotetické pevné částice zahrnuje vytvoření rozhraní, které samozřejmě vyžaduje určitou energii založenou na relativním povrchovém pohybu pevné látky i roztoku. Pokud není k dispozici vhodná nukleační struktura, dochází k přesycení.
Příklad srážení: měď z drátu, který je vytlačen stříbrem do roztoku dusičnanu kovu, ve kterém je ponořen. Po těchto experimentech se samozřejmě pevný materiál vysráží. K výrobě pigmentů lze použít srážecí reakce. A také odstranitsoli z vody při jejím zpracování a v klasické kvalitativní anorganické analýze. Takto se ukládá měď.
Krystaly porfyrinu
Srážení je také užitečné během izolace reakčních produktů při zpracování. V ideálním případě jsou tyto látky nerozpustné v reakční složce.
Tuhá látka se tedy při svém vzniku vysráží, pokud možno vytvoří čisté krystaly. Příkladem toho je syntéza porfyrinů ve vroucí kyselině propionové. Když se reakční směs ochladí na teplotu místnosti, krystaly této složky spadnou na dno nádoby.
Srážení může také nastat, když se přidá anti-rozpouštědlo, které drasticky sníží absolutní obsah vody v požadovaném produktu. Pevná látka se pak může snadno oddělit filtrací, dekantací nebo odstředěním. Příkladem je syntéza tetrafenylporfyrinu chloridu chromitého: k reakčnímu roztoku DMF se přidá voda a produkt se vysráží. Srážení je také užitečné při čištění všech složek: surový bdim-cl se zcela rozloží v acetonitrilu a odloží do ethylacetátu, kde se vysráží. Další důležitou aplikací anti-rozpouštědla je srážení ethanolem z DNA.
V metalurgii je precipitace pevného roztoku také užitečným způsobem vytvrzování slitin. Tento proces rozpadu je známý jako tvrdnutí pevné složky.
Reprezentace pomocí chemických rovnic
Příklad srážecí reakce: vodný dusičnan stříbrný (AgNO 3)přidán do roztoku obsahujícího chlorid draselný (KCl), pozorován rozklad bílé pevné látky, ale již stříbra (AgCl).
On zase vytvořil ocelovou součást, která je pozorována jako precipitát.
Tuto precipitační reakci lze napsat s důrazem na disociované molekuly v kombinovaném roztoku. Říká se tomu iontová rovnice.
Poslední způsob, jak vytvořit takovou reakci, je známý jako čistá vazba.
Srážení různých barev
Zelené a červenohnědé skvrny na vzorku vápencového jádra odpovídají pevným látkám oxidů a hydroxidů Fe 2+ a Fe 3+.
Mnoho sloučenin obsahujících kovové ionty vytváří sraženiny s výraznými barvami. Níže jsou typické odstíny pro různé nanášení kovů. Mnohé z těchto sloučenin však mohou vytvářet barvy, které se velmi liší od těch uvedených.
Jiné asociace obvykle tvoří bílé sraženiny.
Analýza aniontů a kationtů
Srážení je užitečné při detekci typu kationtu v soli. K tomu zásada nejprve reaguje s neznámou složkou za vzniku pevné látky. Jedná se o vysrážení hydroxidu dané soli. K identifikaci kationtu si poznamenejte barvu sraženiny a její nadměrnou rozpustnost. Podobné procesy se často používají postupně - například směs dusičnanu barnatého bude reagovat se síranovými ionty za vzniku pevné sraženiny síranu barnatého, což naznačuje pravděpodobnost, že jsou druhé látky přítomny v hojnosti.
Proces trávení
Stárnutí precipitátu nastává, když nově vzniklá složka zůstává v roztoku, ze kterého se vysráží, obvykle při vyšší teplotě. To má za následek čistší a hrubší usazeniny částic. Fyzikálně-chemický proces, který je základem trávení, se nazývá Ostwaldovo zrání. Zde je příklad vysrážení bílkovin.
Tato reakce nastává, když se kationty a anionty v roztoku hydrofytu spojí za vzniku nerozpustné, heteropolární pevné látky zvané sraženina. Zda k takové reakci dochází či nikoli, lze zjistit aplikací principů obsahu vody na obecné molekulární pevné látky. Protože ne všechny vodné reakce tvoří sraženiny, je nutné se před stanovením stavu produktů a sepsáním celkové iontové rovnice seznámit s pravidly rozpustnosti. Schopnost předvídat tyto reakce umožňuje vědcům určit, které ionty jsou přítomny v roztoku. Pomáhá také průmyslovým závodům vytvářet chemikálie extrakcí složek z těchto reakcí.
Vlastnosti různých srážek
Jsou to nerozpustné iontové reakční pevné látky, které vznikají, když se určité kationty a anionty spojí ve vodném roztoku. Determinanty tvorby kalu se mohou lišit. Některé reakce jsou závislé na teplotě, jako jsou roztoky používané pro pufry, zatímco jiné se týkají pouze koncentrace roztoku. Pevné látky vzniklé při srážecích reakcích jsou krystalické složky amůže být suspendován v celé kapalině nebo spadnout na dno roztoku. Zbývající voda se nazývá supernatant. Dva prvky konzistence (precipitát a supernatant) lze oddělit různými metodami, jako je filtrace, ultracentrifugace nebo dekantace.
Interakce srážek a dvojité nahrazení
Aplikace zákonů rozpustnosti vyžaduje pochopení toho, jak ionty reagují. Většina precipitačních interakcí je proces jednoduchého nebo dvojitého vytěsnění. První možnost nastává, když dva iontové reaktanty disociují a navážou se na odpovídající anion nebo kationt jiné látky. Molekuly se navzájem nahrazují na základě svých nábojů buď jako kation nebo anion. To lze chápat jako „střídající se partnery“. To znamená, že každé ze dvou činidel "ztratí" svého společníka a vytvoří vazbu s druhým, například dojde k chemickému vysrážení se sirovodíkem.
Reakce dvojitého nahrazení je specificky klasifikována jako proces tuhnutí, když se daná chemická rovnice vyskytuje ve vodném roztoku a jeden z výsledných produktů je nerozpustný. Příklad takového procesu je uveden níže.
Obě činidla jsou vodná a jeden produkt je pevný. Protože jsou všechny složky iontové a kapalné, disociují se, a proto se mohou v sobě úplně rozpustit. Existuje však šest principů vodnatelnosti, které se používají k předpovědi, které molekuly jsou nerozpustné, když jsou uloženy ve vodě. Tyto ionty tvoří celkem pevnou sraženinusměsi.
Pravidla rozpustnosti, míra vypořádání
Je srážecí reakce diktována pravidlem obsahu vody v látkách? Ve skutečnosti všechny tyto zákony a dohady poskytují vodítka, která říkají, které ionty tvoří pevné látky a které zůstávají ve své původní molekulární formě ve vodném roztoku. Pravidla se musí dodržovat shora dolů. To znamená, že pokud je něco nerozhodnutelné (nebo rozhodnutelné) kvůli již prvnímu postulátu, má to přednost před následujícími vyššími čísly.
Bromidy, chloridy a jodidy jsou rozpustné.
Soli obsahující vysrážené stříbro, olovo a rtuť nelze zcela smíchat.
Pokud pravidla uvádějí, že molekula je rozpustná, pak zůstává ve formě vody. Ale pokud je složka nemísitelná v souladu se zákony a postuláty popsanými výše, pak tvoří pevnou látku s předmětem nebo kapalinou z jiného činidla. Pokud se ukáže, že všechny ionty v jakékoli reakci jsou rozpustné, pak proces srážení nenastane.
Čisté iontové rovnice
Abychom pochopili definici tohoto pojmu, je nutné si zapamatovat zákon pro reakci dvojitého nahrazení, který byl uveden výše. Protože tato konkrétní směs je srážecí metodou, lze každému proměnnému páru přiřadit stavy hmoty.
Prvním krokem k napsání čisté iontové rovnice je oddělení rozpustných (vodných) reaktantů a produktů na jejich příslušnékationtů a aniontů. Sraženiny se ve vodě nerozpouštějí, takže by se neměla oddělovat žádná pevná látka. Výsledné pravidlo vypadá takto.
Ve výše uvedené rovnici jsou ionty A+ a D - přítomny na obou stranách vzorce. Říká se jim také divácké molekuly, protože zůstávají stejné po celou dobu reakce. Protože právě oni procházejí rovnicí beze změny. To znamená, že je lze vyloučit, aby se ukázal vzorec bezchybné molekuly.
Rovnice čistých iontů ukazuje pouze srážecí reakci. A síťový molekulární vzorec musí být nutně vyvážený na obou stranách, a to nejen z hlediska atomů prvků, ale i pokud je uvažujeme ze strany elektrického náboje. Srážkové reakce jsou obvykle reprezentovány výhradně iontovými rovnicemi. Pokud jsou všechny produkty vodné, nelze zapsat čistý molekulární vzorec. A to se děje proto, že všechny ionty jsou vyloučeny jako produkty diváka. Proto přirozeně nedochází k žádné srážecí reakci.
Aplikace a příklady
Srážkové reakce jsou užitečné při určování, zda je v roztoku přítomen správný prvek. Pokud se vytvoří sraženina, například při reakci chemické látky s olovem, lze přítomnost této složky ve vodních zdrojích zkontrolovat přidáním chemikálie a sledováním tvorby sraženiny. Kromě toho lze sedimentační odraz použít k extrakci prvků, jako je hořčík z mořevoda. Mezi protilátkami a antigeny dokonce u lidí dochází ke srážkovým reakcím. Prostředí, ve kterém k tomu dochází, je však stále studováno vědci z celého světa.
První příklad
Je nutné dokončit reakci dvojitého nahrazení a poté ji zredukovat na rovnici čistého iontu.
Nejprve je nutné předpovědět konečné produkty této reakce pomocí znalosti procesu dvojité náhrady. Pamatujte, že kationty a anionty „vymění partnery“.
Zadruhé stojí za to rozdělit reagencie na jejich plnohodnotné iontové formy, protože existují ve vodném roztoku. A nezapomeňte vyrovnat jak elektrický náboj, tak celkový počet atomů.
Nakonec musíte zahrnout všechny divácké ionty (stejné molekuly, které se vyskytují na obou stranách vzorce, které se nezměnily). V tomto případě se jedná o látky jako sodík a chlór. Konečná iontová rovnice vypadá takto.
Je také nutné dokončit reakci dvojitého nahrazení a poté ji znovu zredukovat na rovnici čistého iontu.
Řešení obecných problémů
Předpovězené produkty této reakce jsou CoSO4 a NCL z pravidel rozpustnosti, COSO4 se úplně rozpadne, protože bod 4 uvádí, že sírany (SO2–4) se ve vodě neusazují. Podobně je třeba zjistit, že složka NCL je rozhoditelná na základě postulátu 1 a 3 (jako důkaz lze uvést pouze první pasáž). Po vyrovnání má výsledná rovnice následující tvar.
Pro další krok stojí za to rozdělit všechny složky do jejich iontových forem, protože budou existovat ve vodném roztoku. A také k vyrovnání náboje a atomů. Poté zrušte všechny divácké ionty (ty, které se objevují jako složky na obou stranách rovnice).
Žádná srážecí reakce
Tento konkrétní příklad je důležitý, protože všechny reaktanty a produkty jsou vodné, což znamená, že jsou vyloučeny z čisté iontové rovnice. Neexistuje žádná pevná sraženina. Nedochází proto k žádné srážecí reakci.
Je nutné napsat celkovou iontovou rovnici pro potenciálně dvojité přemístění. Nezapomeňte do řešení zahrnout stav hmoty, pomůže to dosáhnout rovnováhy v celkovém vzorci.
Solutions
1. Bez ohledu na fyzikální stav jsou produkty této reakce Fe(OH)3 a NO3. Pravidla rozpustnosti předpokládají, že NO3 se v kapalině úplně rozloží, protože to dělají všechny dusičnany (to dokazuje druhý bod). Fe(OH)3 je však nerozpustný, protože precipitace hydroxidových iontů má vždy tuto formu (jako důkaz lze uvést šestý postulát) a Fe není jedním z kationtů, což vede k vyloučení složky. Po disociaci vypadá rovnice takto:
2. V důsledku reakce dvojité náhrady jsou produkty Al, CL3 a Ba, SO4, AlCL3 je rozpustný, protože obsahuje chlorid (pravidlo 3). B a S O4 se však v kapalině nerozkládá, protože složka obsahuje síran. Ale iont B 2 + ho také činí nerozpustným, protože jejeden z kationtů, který způsobuje výjimku ze čtvrtého pravidla.
Takto vypadá výsledná rovnice po vyvážení. A když jsou divácké ionty odstraněny, získá se následující síťový vzorec.
3. Z reakce dvojitého nahrazení vznikají produkty HNO3 a také ZnI2. Podle pravidel se HNO3 rozkládá, protože obsahuje dusičnany (druhý postulát). A Zn I2 je také rozpustný, protože jodidy jsou stejné (bod 3). To znamená, že oba produkty jsou vodné (to znamená, že se disociují v jakékoli kapalině) a nedochází tedy k žádné srážecí reakci.
4. Produkty této dvojité substituční reflexe jsou Ca3(PO4)2 a NCL. Pravidlo 1 říká, že N CL je rozpustný a podle šestého postulátu se Ca3(PO4)2 nerozkládá.
Takto bude vypadat iontová rovnice po dokončení reakce. A po odstranění srážek se získá tento vzorec.
5. První produkt této reakce, PbSO4, je rozpustný podle čtvrtého pravidla, protože je to síran. Druhý produkt KNO3 se také rozkládá v kapalině, protože obsahuje dusičnany (druhý postulát). Nedochází proto k žádné srážecí reakci.
Chemický proces
Toto oddělení pevné látky během srážení od roztoků nastává buď přeměnou složky na nerozpadnoucí se formu, nebo změnou složení kapaliny tak, žesnížit kvalitu položky v něm. Rozdíl mezi precipitací a krystalizací do značné míry spočívá v tom, zda je kladen důraz na proces, kterým se snižuje rozpustnost, nebo na proces, kterým se struktura pevné látky organizuje.
V některých případech lze k odstranění šumu ze směsi použít selektivní srážení. Do roztoku se přidá chemické činidlo a selektivně reaguje s interferencí za vzniku sraženiny. Poté může být fyzicky oddělen od směsi.
Precipitáty se často používají k odstranění kovových iontů z vodných roztoků: ionty stříbra přítomné ve složce kapalné soli, jako je dusičnan stříbrný, který se vysráží přidáním molekul chloru, například za předpokladu, že se použije sodík. Ionty první a druhé složky se spojí a vytvoří chlorid stříbrný, sloučeninu, která je nerozpustná ve vodě. Podobně dochází k přeměně molekul barya, když se vápník vysráží šťavelanem. Byla vyvinuta schémata pro analýzu směsí kovových iontů sekvenční aplikací činidel, která srážejí specifické látky nebo jejich přidružené skupiny.
V mnoha případech lze zvolit jakoukoli podmínku, za které se látka vysráží ve velmi čisté a snadno oddělitelné formě. Izolace takových sraženin a stanovení jejich hmotnosti jsou přesné metody srážení, zjišťování množství různých sloučenin.
Při pokusu o oddělení pevné látky z roztoku obsahujícího více složek se často do krystalů zabudují nežádoucí složky, čímž se sníží jejichčistotu a zhoršuje přesnost analýzy. Takovou kontaminaci lze snížit provozem se zředěnými roztoky a pomalým přidáváním srážecího činidla. Účinná technika se nazývá homogenní precipitace, při které se syntetizuje v roztoku spíše než mechanicky. V obtížných případech může být nutné kontaminovanou sraženinu izolovat, znovu rozpustit a také vysrážet. Většina rušivých látek je odstraněna v původním komponentu a druhý pokus se provádí v jejich nepřítomnosti.
Název reakce je navíc dán pevnou složkou, která vzniká jako výsledek srážecí reakce.
Aby došlo k ovlivnění rozkladu látek ve sloučenině, je zapotřebí sraženina, aby se vytvořila nerozpustná sloučenina, vytvořená buď interakcí dvou solí nebo změnou teploty.
Toto vysrážení iontů může naznačovat, že proběhla chemická reakce, ale také k ní může dojít, pokud koncentrace rozpuštěné látky překročí její zlomek celkového rozpadu. Akce předchází události zvané nukleace. Když se malé nerozpustné částice agregují mezi sebou nebo tvoří horní rozhraní s povrchem, jako je stěna nádoby nebo zárodečný krystal.
Klíčové poznatky: Srážky v chemii
V této vědě je tato součást slovesem i podstatným jménem. Srážení je tvorba nějaké nerozpustné sloučeniny, buď snížením úplného rozpadu směsi, nebo interakcí dvou složek soli.
Pevná látka fungujedůležitou funkci. Protože vzniká jako výsledek srážecí reakce a nazývá se sraženina. Pevná látka se používá k čištění, odstraňování nebo extrakci solí. A také pro výrobu pigmentů a identifikaci látek v kvalitativní analýze.
Srážky versus srážky, koncepční rámec
Terminologie může být trochu matoucí. Funguje to takto: Vznik pevné látky z roztoku se nazývá sraženina. A chemická složka, která v kapalném stavu probouzí tvrdý rozklad, se nazývá srážedlo. Pokud je velikost částic nerozpustné sloučeniny velmi malá nebo pokud gravitace nestačí k vytažení krystalické složky ke dnu nádoby, může být sraženina rovnoměrně distribuována v kapalině a tvoří se kaše. Sedimentace označuje jakýkoli postup, který odděluje sediment od vodné části roztoku, který se nazývá supernatant. Běžnou sedimentační metodou je centrifugace. Jakmile je sraženina odstraněna, výsledný prášek lze nazvat "květina".
Další příklad tvorby dluhopisů
Míchání dusičnanu stříbrného a chloridu sodného ve vodě způsobí, že se chlorid stříbrný vysráží z roztoku jako pevná látka. To znamená, že v tomto příkladu je sraženinou cholesterol.
Při psaní chemické reakce může být přítomnost srážení označena následujícím vědeckým vzorcem se šipkou dolů.
Pomocí srážek
Tyto složky lze použít k identifikaci kationtu nebo aniontu v soli v rámci kvalitativní analýzy. Je známo, že přechodové kovy tvoří různé barvy precipitátu v závislosti na jejich elementární identitě a oxidačním stavu. Srážecí reakce se používají především k odstranění solí z vody. A také pro výběr produktů a pro přípravu pigmentů. Za řízených podmínek srážecí reakce produkuje čisté krystaly sraženiny. V metalurgii se používají k tvrzení slitin.
Jak obnovit sediment
K extrakci pevné látky se používá několik metod srážení:
- Filtrování. Při této akci se roztok obsahující sraženinu nalije na filtr. V ideálním případě zůstává pevná látka na papíře, zatímco jím prochází kapalina. Nádobu lze opláchnout a nalít přes filtr, aby se napomohlo regeneraci. Vždy dochází k určité ztrátě, buď v důsledku rozpuštění v kapalině, průchodu papírem nebo v důsledku přilnavosti k vodivému materiálu.
- Odstředění: Tato akce rychle roztočí roztok. Aby tato technika fungovala, musí být pevná sraženina hustší než kapalina. Zahuštěnou složku lze získat vylitím veškeré vody. Obvykle jsou ztráty menší než u filtrace. Centrifugace funguje dobře u malých velikostí vzorků.
- Dekantace: tato akce vylije vrstvu tekutiny nebo ji vysaje ze sedimentu. V některých případech se přidá další rozpouštědlo, aby se oddělila voda od pevné látky. Dekantaci lze použít s celou komponentou po odstředění.
Stárnutí srážek
Proces zvaný trávení nastává, kdyžčerstvá pevná látka se nechá zůstat ve svém roztoku. Teplota celé kapaliny obvykle stoupá. Improvizované trávení může produkovat větší částice s vysokou čistotou. Proces, který vede k tomuto výsledku, je známý jako „Ostwaldovo zrání“.
