Tabla de Contenidos
Kimyada , çökeltme işlemi, kimyasal bir reaksiyonu veya bir maddenin çözelti içindeki çözünürlüğünün azaltıldığı veya çözünmeyen bir bileşiğin oluştuğu, ardından çözeltiden bir katının oluştuğu fiziksel bir işlemi ifade eder. Çökeltme reaksiyonu ile elde edilen katıya “çökelti” denir .
Çökelme koşullarına bağlı olarak oluşan çökeltiler saf maddeler veya farklı katıların karışımları olabilir. Çökeltme, kimyanın farklı alanlarında ve ayrıca atık su arıtma gibi diğer işlemlerde birçok uygulamaya sahiptir. Daha sonra, bir çökeltinin oluşum süreci, onu hangi faktörlerin etkilediği ve bu tür katıların en önemli uygulamaları açıklanmaktadır.
yağış süreci
Bir çökeltinin oluşumu, bir maddenin tek bir özelliğine bağlıdır: çözünürlüğü. Bir maddenin derişimi çözücüdeki çözünürlüğünden az olduğu sürece çökelti oluşamaz. Çöktürücü bir maddenin eklenmesi veya sıcaklık veya çözücü gibi koşullardaki değişiklikler nedeniyle, bileşiğin çözünürlüğü çözünürlüğünün altına düştüğünde çökelti oluşturma işlemi başlar.
Bu noktada, çözelti aşırı doygunluk durumunda olacaktır, bu nedenle katı, doygunluk konsantrasyonuna ulaşana kadar çökelmeye başlayacak ve böylece çözünürlük dengesi kurulacaktır.
İlk başta binlerce küçük katı parçacık oluşur ve süspansiyon halinde kalarak çözeltiye bulanık bir görünüm verir. Bu sürece çekirdeklenme denir. Bu minik kristaller daha sonra topaklanma adı verilen bir süreçle büyür ve birbirine bağlanır; bu, ağırlıkları onları yerleşecekleri yere sürükleyene kadar olur.
Şekilde görüldüğü gibi altta biriken katı çökeltiye karşılık gelirken üstte kalan çözeltiye süpernatan denir.
çözünürlük ürünü
İyonik bileşikler için çözünürlük dengesi, bileşiğin çözünme ve ayrışma reaksiyonu ve çözünürlük çarpımı sabiti olarak adlandırılan denge sabiti tarafından yönetilir. Bu genellikle şu şekilde temsil edilebilir:
Bu kimyasal denklemde , a ve b, sırasıyla M a+ katyonunun ve A b- anyonunun yüklerini ve ayrıca A b- ve M a+ ‘nın stokiyometrik katsayılarını temsil eder . K ps, çözünürlük çarpım sabitini temsil eder.
Çözeltideki iyonların konsantrasyonu bilinerek, bir çökeltinin oluşup oluşmayacağı tahmin edilebilir:
- Stokiyometrik katsayılarına yükseltilen çözeltideki iyon konsantrasyonlarının ürünü K ps’den az olduğunda , çözelti doymamış demektir ve yine de daha fazla çözünenin çözünmesine izin verir. Bu durumda çökelti oluşmaz.
- Söz konusu ürün tam olarak Kps’ye eşit olduğunda , çözelti doymuştur . Daha fazla çözünen kabul etmez, ancak sistem dengede olduğundan bir çökelti de oluşmaz.
- Konsantrasyonların ürünü Kps’yi aştığında , çözelti doymuştur ve bir çökelti oluşur.
Çökelti oluşturma teknikleri
Yukarıdakilere dayanarak, başlangıçta doymamış bir çözeltiden bir çökelti oluşturmanın iki ana yolu olduğu açıktır: ilgili iyonlardan birinin veya her ikisinin konsantrasyonu, çözelti aşırı doymuş olana kadar artırılır veya denge sabitinin değeri reaksiyonun. Bu genellikle iki farklı şekilde gerçekleştirilir:
Çöktürücü maddelerin eklenmesi
Bu işlem, oluşturmak istediğimiz çökeltinin iki iyonundan birini içeren bir bileşiğin çözeltiye eklenmesinden oluşur. Bu iyonun konsantrasyonu arttıkça, çözelti sonunda aşırı doymuş hale gelecek ve istenen çökelti oluşmaya başlayacaktır.
Çökelti oluşumunu uyarmak için eklenen maddeye çökeltici madde denir.
azaltılmış çözünürlük
Çökeltmek istediğimiz bileşiğin çözünürlüğünün üstesinden gelmenin diğer yolu, çözünürlüğünü azaltmaktır, bu da çözünürlük çarpım sabitini azaltmak anlamına gelir. Bu iki şekilde yapılabilir:
- Sıcaklığın değiştirilmesi . Çözünen maddelerin çoğu sıcaklık düştükçe daha az çözünür hale geldiğinden, çözeltinin soğutulması bir çökeltinin oluşmasına yardımcı olur.
- Solventin değiştirilmesi . Bu, çözeltinin, birincisiyle karışabilen ancak içinde çözünen maddenin daha az çözünür olduğu ikinci bir çözücü ile yavaşça karıştırılmasından oluşur. İkinci çözücünün (örneğin bir alkol olabilir) fraksiyonu arttıkça, çözünenin çözünürlüğü doygunluğa ulaşana kadar azalacaktır. Bu noktadan sonra çökelti oluşacaktır.
çökelti türleri
Oluşan katı parçacıkların boyutuna ve çökelme özelliklerine bağlı olarak, üç tür çökelti ayırt edilir.
kristal çökeltiler
Düzenli ve iyi tanımlanmış şekillere sahip, genellikle düz yüzlü katı parçacıklardan oluşanlardır. Genellikle 100nm’den büyük boyutlara sahiptirler. Bunlar genellikle yüksek sedimantasyon hızı nedeniyle süpernatant sıvıdan hızla ayrılır.
sevimsiz çökeltiler
Bunlar, çapı 10 ila 100 nm arasında olan parçacıklardan oluşur. Çoğu filtrenin gözeneklerinden kolayca geçtikleri için filtrasyon ile ayrılamazlar. Bu tür çökelti, çözeltiye bulanık bir görünüm verir.
jelatinimsi çökeltiler
Adından da anlaşılacağı gibi, bu çökeltilerin görünümü, çözeltiye sanki bir reçelmiş gibi jelatinimsi bir kıvam verir. Bunun nedeni, askıda katı parçacıkların çok küçük olmalarıdır (çapları 10 nm’den azdır) ve bir jel gibi birkaç çözücü molekülü katmanıyla kaplıdırlar.
Kimyasal Çökeltme
Çökeltilerin kimyada kullanımına ilişkin benzer bir terim de “kimyasal çökeltme” işlemidir. Gereksiz görünse de, bu terim aslında atık su arıtımı sırasında sudaki safsızlıkların giderilmesi amacıyla çökelme reaksiyonlarının kullanımına atıfta bulunmaktadır.
Kimyasal çökeltmede, cıva ve kurşun gibi ağır metallerin yanı sıra diğer önemli kirleticileri uzaklaştırmak için çökeltici ajanların yanı sıra topaklaştırıcılar ve diğer kimyasal reaktifler büyük miktarlarda eklenir.
Kimyasal çökeltme, 4 adımda gerçekleştirilen çok aşamalı bir işlemdir, bunlar:
- Çöktürücü maddenin eklenmesi ve pH ayarı. Bu, kirleticilerin çökelmeye başlaması için çözünürlüğünü azaltan adımdır.
- flokülasyon Genel olarak, çökeltici ilave edildikten sonra, kirletici çökelmez, bunun yerine küçük katı parçacıklardan oluşan bir süspansiyon oluşturur. Topaklaştırma, bu küçük parçacıkların, süpernatant solüsyondan daha kolay ayrılan daha büyük parçacıklar oluşturmak üzere bir araya toplanması sürecinden oluşur.
- sedimantasyon Floklar veya yeterince büyük boyutlu katı parçacıklar oluştuktan sonra, suyun çökelmesine veya yavaşça akmasına izin verilir, bu parçacıkların dibe çökmesine izin verilir ve süpernatant solüsyonu her türlü kontaminasyondan arındırılır.
- Katı-sıvı ayrımı. İşlemin son aşaması, çevreye atılan arıtılmış sudan genellikle çökelti ile çamurun ayrıştırılmasından oluşur.
Yağış ve çökelti uygulamaları
Yağış, kimyanın farklı dallarında farklı amaçlar için çok sık kullanılmaktadır . Analitik, organik ve inorganik kimya, çökelti oluşumundan bir şekilde yararlanır. Bazı özel örneklere bakalım.
Analitik Kimyada Çökeltiler
Analitik kimyada, çökeltiler hem kalitatif hem de kantitatif analizlerde kullanılır.
Bir numunede belirli katyonların ve anyonların varlığını belirlemek için kullanılan kalitatif analitik süreçler genellikle çökeltilerin oluşumuna ve bunların doğru tanımlanmasına dayanır.
Örneğin, bir rengin değil de bir rengin çökeltisinin oluşumu, analitik kimyagerlerin numunede hangi katyonun bulunduğunu anlamasına yardımcı olur. Bazen rengine ve diğer özelliklerine bağlı olarak katyonun hangi oksidasyon durumunda olduğunu bile söyleyebilirsiniz , çünkü bunlar genellikle belirgin şekilde farklı renklerde tuzlar oluşturur.
Kantitatif analizde , çökeltiler eşit derecede önemlidir. Gravimetrik analiz, bir analitin numune çözeltisinden kantitatif olarak çökelmesine dayanır. Bu çökeltinin kütlesi, numunede mevcut olan yukarıda bahsedilen analitin miktarını iyi bir kesinlik ve doğrulukla belirlemeyi mümkün kılar.
Presipitometrilerde olduğu gibi, bir çökelti oluşumunun bir titrasyonun bitiş noktasını işaret ettiği durumlar da vardır.
organik kimyada çökelir
Çökeltiler organik kimyada daha az önemli değildir. Organik sentez işlemleri hemen hemen her zaman çözelti halinde gerçekleştirilir ve istenen ürünler oda sıcaklığında katı olduklarında her zaman çökeltiler olarak geri kazanılırlar. Ayrıca organik kimyada katıların saflaştırılmasının en yaygın biçimlerinden biri olan yeniden kristalleştirme işlemi de bir çökeltinin çözünmesi, saflaştırılması, çökeltilmesi ve müteakip süzülmesi esasına dayanır.
İnorganik kimyada çökeltiler
İnorganik kimyadaki birçok sentez işlemi de çökelti oluşumuna dayanır. İyonik bileşiklerin ve diğer koordinasyon bileşiklerinin kompleks tuzlar olarak birçok sentez reaksiyonu, uygun bir anyonun kullanılmasıyla bir katyonun çökeltilmesinden oluşur.
Ayrıca fraksiyonel çökeltme prosesleri de solüsyondaki anyon ve katyonların ayrılmasında önemli bir yöntemi temsil eder.
çökelti örnekleri
gümüş halojenürler
Gümüş(I) iyonu, tüm halojenlerle oldukça çözünmez tuzlar oluşturur. Bu nedenle, AgI, AgCl ve AgBr, kimya laboratuvarında yaygın olarak ortaya çıkan çökelti örnekleridir.
stronsiyum karbonat
Stronsiyumu bir çözeltiden veya atık sudan uzaklaştırmanın yollarından biri, onu oldukça çözünmez bir tuz olan stronsiyum karbonat (SrCO 3 ) formunda çökeltmektir .
antimon hidroksit
Antimon genellikle çözeltiyi alkali hale getirerek hidroksiti (Sb(OH) 3 ) olarak çökeltilir. Bu, çökeltme maddesi olarak bir miktar çözünür hidroksit eklenerek gerçekleştirilir.
Sezyum Tetrafenilborat
Alkali metallerin çökelmesi genel olarak çok zordur, çünkü tuzlarının büyük çoğunluğu suda yüksek oranda çözünür olan güçlü elektrolitlerdir. Ancak sezyum, sezyum tetrafenilborat ((C 6 H 5 ) 4 BCs) olarak çökeltilebilir .
bakır sülfit
Sodyum sülfür veya hidrojen sülfit formundaki sülfit iyonu, birçok geçiş metali ile alkali ortamda oldukça çözünmez bileşikler oluşturduğundan, popüler bir çökeltici maddedir. Bir örnek, bakır (II) sülfittir. Bu bileşikler daha sonra bir asit ortamında çözünebilir.
Referanslar
Chang, R. ve Goldsby, K. (2015). Kimya (12. baskı ). New York, New York: McGraw-Hill Eğitimi.
Skoog, DA, West, DM, Holler, J. ve Crouch, SR (2021). Analitik Kimyanın Temelleri (9. baskı). Boston, Massachusetts: Cengage Learning.
Striebig, BA (2005). Kimyasal Çökeltme. Su Ansiklopedisi’nde .
Wang, LK, Vaccari, DA, Li, Y. ve Shammas, NK (2005). Kimyasal Çökeltme. Fizikokimyasal Arıtma Prosesleri, 141–197. doi:10.1385/1-59259-820-x:141
