Tabla de Contenidos
A kémiában a kicsapás folyamata vagy kémiai reakciót vagy fizikai folyamatot jelent, amelynek során egy anyag oldatban való oldhatósága csökken, vagy oldhatatlan vegyület képződik, majd az oldatból szilárd anyag keletkezik. túltelített. A kicsapási reakció során kapott szilárd anyagot „csapadéknak” nevezik .
A kicsapódási körülményektől függően a képződő csapadékok lehetnek tiszta anyagok vagy különböző szilárd anyagok keverékei. A csapadéknak többféle alkalmazása van a kémia különböző területein, valamint más folyamatokban, például a szennyvíztisztításban. Ezt követően ismertetjük a csapadék képződésének folyamatát, azt, hogy milyen tényezők befolyásolják azt, valamint az ilyen típusú szilárd anyagok legfontosabb felhasználási területeit.
A csapadék folyamata
A csapadék képződése az anyag egyetlen tulajdonságától függ: az oldhatóságától. Amíg egy anyag koncentrációja kisebb, mint az oldószerben való oldhatósága, csapadék nem képződik. A csapadékképződés folyamata akkor kezdődik, amikor egy kicsapószer hozzáadása vagy a körülmények, például a hőmérséklet vagy az oldószer megváltozása következtében a vegyület oldhatósága az oldhatósága alá csökken.
Ekkor az oldat túltelített állapotba kerül, így a szilárd anyag elkezd kicsapódni, amíg el nem éri a telítettségi koncentrációt, így létrejön az oldhatósági egyensúly.
Először több ezer kis szilárd részecskék képződnek, amelyek szuszpenzióban maradnak, így az oldat zavarossá válik. Ezt a folyamatot nukleációnak nevezik. Ezek az apró kristályok azután növekednek, és a flokkulációnak nevezett folyamat révén kötődnek egymáshoz; ez addig történik, amíg súlyuk le nem vonszolja őket, ahol letelepednek.
Amint az ábrán is látható, az alul felhalmozódó szilárd anyag a csapadéknak felel meg, míg a felül maradó oldatot felülúszónak nevezzük.
Az oldhatósági szorzat
Ionos vegyületek esetén az oldhatósági egyensúlyt a vegyület oldódási és disszociációs reakciója, valamint egyensúlyi állandója szabályozza, amelyet oldhatósági szorzatállandónak nevezünk. Ez általában a következőképpen ábrázolható:
Ebben a kémiai egyenletben a és b az M a+ kation és az A b- anion töltéseit , valamint az A b- és M a+ sztöchiometrikus együtthatóit jelentik . A K ps az oldhatósági szorzatállandót jelenti.
Az oldatban lévő ionok koncentrációjának ismeretében megjósolható, hogy csapadék képződik-e vagy sem:
- Ha az oldatban lévő ionok sztöchiometrikus együtthatójukra emelt koncentrációinak szorzata kisebb, mint K ps , akkor az oldat telítetlen, és még több oldott anyag feloldódását engedi meg. Ebben az esetben nem képződik csapadék.
- Ha az említett szorzat pontosan egyenlő K ps – vel , akkor az oldat telített . Több oldott anyagot nem enged be, de csapadék sem képződik, mivel a rendszer egyensúlyban van.
- Ha a koncentrációk szorzata meghaladja a K ps -t , akkor az oldat telítődik és csapadék képződik.
A csapadékképzés technikái
A fentiek alapján jól látható, hogy a kezdetben telítetlen oldatból csapadék képzésének két fő módja van: vagy az egyik vagy mindkét érintett ion koncentrációját növeljük az oldat túltelítődéséig, vagy az egyensúlyi állandó értékét. a reakcióról. Ez általában két különböző módon valósul meg:
Kicsapó szerek hozzáadása
Ez a folyamat abból áll, hogy az oldathoz egy olyan vegyületet adunk, amely a keletkezni kívánt csapadék két ionjának egyikét tartalmazza. Ennek az ionnak a koncentrációjának növekedésével az oldat végül túltelített lesz, és a kívánt csapadék képződik.
A csapadék képződésének serkentésére hozzáadott anyagot kicsapószernek nevezzük.
csökkent oldhatóság
A másik módszer a kicsapni kívánt vegyület oldhatóságának leküzdésére az oldhatóságának csökkentése, ami az oldhatósági szorzatállandó csökkentését jelenti. Ezt kétféleképpen lehet megtenni:
- A hőmérséklet megváltoztatása . Mivel a legtöbb oldott anyag kevésbé oldódik a hőmérséklet csökkenésével, az oldat lehűtése elősegíti a csapadék képződését.
- Az oldószer módosítása . Ez abból áll, hogy az oldatot lassan összekeverjük egy második oldószerrel, amely elegyedik az elsővel, de amelyben az oldott anyag kevésbé oldódik. A második oldószer (amely lehet például alkohol) frakciójának növekedésével az oldott anyag oldhatósága csökken, amíg el nem éri a telítést. Ezt követően csapadék képződik.
csapadékfajták
A képződött szilárd anyag részecskéinek méretétől és ülepedési tulajdonságaiktól függően a csapadék három típusát különböztetjük meg.
kristályos csapadék
Ezeket szabályos és jól meghatározott alakú, általában lapos felületű szilárd részecskék alkotják. Általában 100 nm-nél nagyobb méretűek. Ezek általában gyorsan elválnak a felülúszó folyadéktól a magas ülepedési sebesség miatt.
sajtos csapadék
Ezek 10 és 100 nm közötti átmérőjű részecskékből állnak. Szűréssel nem választhatók szét, mivel a legtöbb szűrő pórusain könnyen átjutnak. Az ilyen típusú csapadék zavaros megjelenést kölcsönöz az oldatnak.
kocsonyás csapadék
Ahogy a neve is mutatja, ezeknek a csapadékoknak a megjelenése olyan zselatinos állagot ad az oldatnak, mintha lekvár lenne. Ennek az az oka, hogy a lebegő szilárd részecskék nagyon kicsik (átmérőjük kisebb, mint 10 nm), és több réteg oldószermolekula borítja őket, mint egy gél.
kémiai csapadék
A csapadékok kémiában való felhasználásához hasonló kifejezés a „kémiai kicsapás” folyamata. Bár feleslegesnek tűnhet, ez a kifejezés valójában kifejezetten a csapadékreakciók alkalmazására vonatkozik, a szennyvízkezelés során a szennyeződések eltávolítására a vízből.
A kémiai kicsapás során nagy mennyiségben adnak hozzá kicsapószereket, valamint flokkulálószereket és egyéb kémiai reagenseket a nehézfémek, például higany és ólom, valamint más fontos szennyeződések eltávolítására.
A kémiai kicsapás egy többlépcsős folyamat, amelyet 4 lépésben hajtanak végre, amelyek a következők:
- Kicsapószer hozzáadása és pH beállítása. Ez az a lépés, amely csökkenti a szennyeződések oldhatóságát, így azok elkezdenek kicsapódni.
- pelyhesedés. Általában a kicsapószer hozzáadása után a szennyező anyag nem csapódik ki, hanem kis szilárd részecskékből álló szuszpenziót képez. A flokkuláció abból áll, hogy ezeket a kis részecskéket aggregálják, hogy nagyobb részecskéket képezzenek, amelyek könnyebben elválaszthatók a felülúszó oldattól.
- Ülepedés. Ha kellően nagy méretű pelyhek vagy szilárd részecskék képződtek, a vizet hagyjuk leülepedni vagy lassan lefolyni, hogy ezek a részecskék leülepedjenek a fenékre, így a felülúszó oldat minden szennyeződéstől mentes marad.
- Szilárd-folyadék elválasztás. A folyamat utolsó szakasza az iszap és a csapadék leválasztása, általában ülepítéssel a tisztított vízből, amely a környezetbe kerül.
A csapadék és a csapadék alkalmazásai
A csapadékot nagyon gyakran használják a kémia különböző ágaiban különböző célokra. Az analitikai, szerves és szervetlen kémia valamilyen módon előnyös a csapadékképződésből. Nézzünk néhány konkrét példát.
Kicsapódik az analitikai kémiában
Az analitikai kémiában a csapadékot mind minőségi, mind kvantitatív elemzésben használják.
A mintában bizonyos kationok és anionok jelenlétének azonosítására használt kvalitatív analitikai eljárások gyakran a csapadék képződésén és azok helyes azonosításán alapulnak.
Például az egyik színű és nem egy másik színű csapadék képződése segít az analitikus vegyészeknek következtetni, hogy melyik kation van jelen a mintában. Néha még azt is meg lehet állapítani, hogy a kation milyen oxidációs állapotban van a színe és egyéb tulajdonságai alapján, mivel ezek gyakran markánsan eltérő színű sókat képeznek.
A kvantitatív elemzésben a csapadékok ugyanolyan fontosak. A gravimetriás elemzés egy analit mintaoldatból történő kvantitatív kicsapásán alapul. Ennek a csapadéknak a tömege lehetővé teszi, hogy jó pontossággal és pontossággal meghatározzuk az említett analit mennyiségét a mintában.
Vannak olyan esetek is, amikor a csapadék képződése jelzi a titrálás végpontját, mint a precipitometriáknál.
szerves kémiában kicsapódik
A szerves kémiában a csapadék nem kevésbé fontos. A szerves szintézis folyamatait szinte mindig oldatban hajtják végre, és ha a kívánt termékek szobahőmérsékleten szilárdak , mindig csapadék formájában nyerik vissza. Ezenkívül az átkristályosítási eljárás, amely a szerves kémiában a szilárd anyagok tisztításának egyik leggyakoribb formája, szintén a csapadék feloldásán, tisztításán, kicsapásán, majd szűrésén alapul.
Szervetlen kémiában kicsapódik
A szervetlen kémiában számos szintetikus folyamat is csapadékképződésen alapul. Az ionos vegyületek és más koordinációs vegyületek komplex sók sok szintézise abból áll, hogy egy kationt megfelelő anion alkalmazásával kicsapnak.
Ezenkívül a frakcionált kicsapási eljárások az anionok és kationok oldatban történő elválasztásának is fontos módszerei.
Példák csapadékra
ezüst halogenidek
Az ezüst(I)-ion minden halogénnel erősen oldhatatlan sókat képez. Emiatt az AgI, AgCl és AgBr a kémiai laboratóriumban gyakran előforduló csapadék példái.
stroncium-karbonát
A stroncium oldatból vagy szennyvízből való eltávolításának egyik módja a stroncium-karbonát (SrCO 3 ) formájában történő kicsapása, amely egy erősen oldhatatlan só.
antimon-hidroxid
Az antimon általában hidroxidjaként (Sb(OH) 3 ) csapódik ki az oldat egyszerűen lúgosításával. Ezt úgy érik el, hogy oldható hidroxidot adnak hozzá kicsapószerként.
Cézium-tetrafenilborát
Az alkálifémek általában nagyon nehezen csapódnak ki, mivel sóik túlnyomó többsége erős elektrolit, amely vízben jól oldódik. A cézium azonban kicsapható cézium-tetrafenilborát formájában ((C 6 H 5 ) 4 BCs.
réz-szulfid
A nátrium-szulfid vagy hidrogén-szulfid formájú szulfidion népszerű kicsapószer, mivel lúgos közegben sok átmenetifémmel erősen oldhatatlan vegyületeket képez. Ilyen például a réz(II)-szulfid. Ezeket a vegyületeket ezt követően savas közegben szolubilizálhatjuk.
Hivatkozások
Chang, R. és Goldsby, K. (2015). Kémia (12. kiadás ). New York, New York: McGraw-Hill oktatás.
Skoog, DA, West, DM, Holler, J. és Crouch, SR (2021). Az analitikai kémia alapjai (9. kiadás). Boston, Massachusetts: Cengage Learning.
Striebig, BA (2005). Kémiai csapadék. In Water Encyclopedia .
Wang, LK, Vaccari, DA, Li, Y. és Shammas, NK (2005). Kémiai csapadék. Fizikokémiai kezelési folyamatok, 141–197. doi:10.1385/1-59259-820-x:141
