Precipitația este crearea unui solid dintr-o soluție. Inițial, reacția are loc în stare lichidă, după care se formează o anumită substanță, care se numește „precipitat”. Componenta chimică care provoacă formarea acesteia are un astfel de termen științific ca „precipitator”. Fără suficientă gravitație (decantare) pentru a aduce particulele dure împreună, sedimentul rămâne în suspensie.
După decantare, mai ales când se folosește o centrifugă compactă, decantarea poate fi numită „granule”. Poate fi folosit ca mediu. Lichidul care rămâne deasupra solidului fără precipitare se numește „supernatant”. Precipitațiile sunt pulberi obținute din roci reziduale. Ele au fost cunoscute din punct de vedere istoric și ca „flori”. Când solidul apare sub formă de fibre de celuloză tratate chimic, acest proces este adesea denumit regenerare.
Solubilitatea elementului
Uneori formarea unui precipitat indică apariția unei reacții chimice. În cazul în care unprecipitarea din soluțiile de azotat de argint este turnată într-un lichid de clorură de sodiu, apoi are loc reflexia chimică cu formarea unui precipitat alb din metalul prețios. Când iodura de potasiu lichidă reacționează cu nitratul de plumb(II), se formează un precipitat galben de iodură de plumb(II).
Precipitațiile pot apărea dacă concentrația unui compus depășește solubilitatea acestuia (de exemplu, la amestecarea diferitelor componente sau modificarea temperaturii acestora). Precipitația completă poate apărea rapid doar dintr-o soluție suprasaturată.
În solide, un proces are loc atunci când concentrația unui produs este peste limita de solubilitate într-un alt corp gazdă. De exemplu, datorită răcirii rapide sau a implantării ionice, temperatura este suficient de ridicată încât difuzia poate duce la separarea substanțelor și formarea unui precipitat. Depunerea totală în stare solidă este folosită în mod obișnuit pentru sinteza nanoclusterelor.
Suprasaturare cu fluide
Un pas important în procesul de precipitare este începutul nucleării. Crearea unei particule solide ipotetice implică formarea unei interfețe, care desigur necesită o anumită energie bazată pe mișcarea relativă a suprafeței atât a solidului, cât și a soluției. Dacă nu este disponibilă o structură de nucleare adecvată, are loc suprasaturarea.
Un exemplu de precipitare: cuprul dintr-un fir care este deplasat de argint într-o soluție de nitrat metalic, în care este scufundat. Desigur, după aceste experimente, materialul solid precipită. Reacțiile de precipitare pot fi folosite pentru a produce pigmenți. Și, de asemenea, pentru a eliminasărurile din apă în timpul prelucrării acesteia și în analiza anorganică calitativă clasică. Așa se depune cuprul.
Cristale de porfirină
Precipitația este, de asemenea, utilă în timpul izolării produselor de reacție atunci când are loc procesarea. În mod ideal, aceste substanțe sunt insolubile în componenta de reacție.
Astfel solidul precipită pe măsură ce se formează, creând, de preferință, cristale pure. Un exemplu în acest sens este sinteza porfirinelor în acid propionic la fierbere. Când amestecul de reacție este răcit la temperatura camerei, cristalele acestui component cad pe fundul vasului.
Precipitațiile pot apărea și atunci când se adaugă un anti-solvent, care reduce drastic conținutul absolut de apă al produsului dorit. Solidul poate fi apoi ușor separat prin filtrare, decantare sau centrifugare. Un exemplu este sinteza tetrafenilporfirinei de clorură de crom: la soluția de reacție DMF se adaugă apă și produsul precipită. Precipitarea este, de asemenea, utilă în purificarea tuturor componentelor: bdim-cl brut este complet descompus în acetonitril și aruncat în acetat de etil, unde precipită. O altă aplicație importantă a anti-solventului este precipitarea etanolului din ADN.
În metalurgie, precipitarea soluției solide este, de asemenea, o modalitate utilă de întărire a aliajelor. Acest proces de degradare este cunoscut sub numele de întărirea componentei solide.
Reprezentare folosind ecuații chimice
Exemplu de reacție de precipitare: azotat de argint apos (AgNO 3)adăugat la o soluție care conține clorură de potasiu (KCl), se observă descompunerea unui solid alb, dar deja argint (AgCl).
El, la rândul său, a format o componentă de oțel, care se observă ca un precipitat.
Această reacție de precipitare poate fi scrisă cu accent pe moleculele disociate din soluția combinată. Aceasta se numește ecuația ionică.
Ultimul mod de a crea o astfel de reacție este cunoscut sub numele de legătură pură.
Precipitații de diferite culori
Petele verzi și maro-roșcatice de pe o probă de miez de calcar corespund solidelor de oxizi și hidroxizi de Fe 2+ și Fe 3+.
Mulți compuși care conțin ioni metalici produc precipitate cu culori distincte. Mai jos sunt nuanțe tipice pentru diferite depuneri de metal. Cu toate acestea, mulți dintre acești compuși pot produce culori care sunt foarte diferite de cele enumerate.
Alte asociații formează de obicei precipitate albe.
Analiză anioanică și cationică
Precipitațiile sunt utile în detectarea tipului de cation din sare. Pentru a face acest lucru, alcaliul reacţionează mai întâi cu o componentă necunoscută pentru a forma un solid. Aceasta este precipitarea hidroxidului unei sări date. Pentru a identifica cationul, notați culoarea precipitatului și solubilitatea acestuia în exces. Procese similare sunt adesea folosite în succesiune - de exemplu, un amestec de nitrat de bariu va reacționa cu ionii de sulfat pentru a forma un precipitat solid de sulfat de bariu, indicând probabilitatea ca substanțele secundare să fie prezente din abundență.
Proces de digestie
Îmbătrânirea unui precipitat are loc atunci când o componentă nou formată rămâne în soluția din care precipită, de obicei la o temperatură mai ridicată. Acest lucru are ca rezultat depuneri de particule mai curate și mai grosiere. Procesul fizico-chimic care stă la baza digestiei se numește maturare Ostwald. Iată un exemplu de precipitare a proteinelor.
Această reacție are loc atunci când cationii și anionii dintr-o soluție de hidrofit se combină pentru a forma un solid heteropolar, insolubil, numit precipitat. Dacă are loc sau nu o astfel de reacție poate fi stabilit prin aplicarea principiilor conținutului de apă la solidele moleculare generale. Deoarece nu toate reacțiile apoase formează precipitate, este necesar să vă familiarizați cu regulile de solubilitate înainte de a determina starea produselor și de a scrie ecuația ionică globală. Capacitatea de a prezice aceste reacții permite oamenilor de știință să determine ce ioni sunt prezenți într-o soluție. De asemenea, ajută plantele industriale să formeze substanțe chimice prin extragerea componentelor din aceste reacții.
Proprietăți ale diverselor precipitații
Sunt solide de reacție ionică insolubile formate atunci când anumiți cationi și anioni se combină în soluție apoasă. Determinanții formării nămolului pot varia. Unele reacții sunt dependente de temperatură, cum ar fi soluțiile utilizate pentru tampon, în timp ce altele sunt legate doar de concentrația soluției. Solidele formate în reacţiile de precipitare sunt componente cristaline şipoate fi suspendat în întregul lichid sau poate cădea pe fundul soluției. Apa rămasă se numește supernatant. Cele două elemente de consistență (precipitat și supernatant) pot fi separate prin metode diferite, cum ar fi filtrarea, ultracentrifugarea sau decantarea.
Interacțiunea precipitațiilor și înlocuirea dublă
Aplicarea legilor solubilității necesită înțelegerea modului în care reacționează ionii. Majoritatea interacțiunilor cu precipitațiile sunt un proces de deplasare simplă sau dublă. Prima opțiune apare atunci când doi reactanți ionici se disociază și se leagă de anionul sau cationul corespunzător al unei alte substanțe. Moleculele se înlocuiesc între ele pe baza sarcinilor lor fie ca cation, fie ca anion. Acest lucru poate fi văzut ca „parteneri de schimbare”. Adică, fiecare dintre cei doi reactivi „își pierde” partenerul și formează o legătură cu celăl alt, de exemplu, are loc o precipitare chimică cu hidrogen sulfurat.
Reacția de înlocuire dublă este clasificată în mod specific ca un proces de solidificare atunci când ecuația chimică în cauză apare într-o soluție apoasă și unul dintre produșii rezultați este insolubil. Un exemplu de astfel de proces este prezentat mai jos.
Ambele reactivi sunt apoși și un produs este solid. Deoarece toate componentele sunt ionice și lichide, ele se disociază și, prin urmare, se pot dizolva complet unele în altele. Cu toate acestea, există șase principii ale apodității care sunt folosite pentru a prezice care molecule sunt insolubile atunci când sunt depuse în apă. Acești ioni formează un precipitat solid în totalamestecuri.
Reguli de solubilitate, rata de decontare
Este reacția de precipitare dictată de regula conținutului de apă al substanțelor? De fapt, toate aceste legi și presupuneri oferă linii directoare care spun care ioni formează solide și care rămân în forma lor moleculară inițială în soluție apoasă. Regulile trebuie respectate de sus în jos. Aceasta înseamnă că, dacă ceva este deja indecidibil (sau decidebil) din cauza primului postulat, are prioritate față de următoarele indicații cu numere mai mari.
Bromurile, clorurile și iodurile sunt solubile.
Sărurile care conțin precipitații de argint, plumb și mercur nu pot fi amestecate complet.
Dacă regulile stabilesc că o moleculă este solubilă, atunci rămâne sub formă de apă. Dar dacă componenta este nemiscibilă în conformitate cu legile și postulatele descrise mai sus, atunci formează un solid cu un obiect sau lichid dintr-un alt reactiv. Dacă se arată că toți ionii din orice reacție sunt solubili, atunci procesul de precipitare nu are loc.
Ecuații ionice pure
Pentru a înțelege definiția acestui concept, este necesar să ne amintim legea pentru reacția dublă de înlocuire, care a fost dată mai sus. Deoarece acest amestec special este o metodă de precipitare, stările de materie pot fi atribuite fiecărei perechi de variabile.
Primul pas pentru scrierea unei ecuații ionice pure este separarea reactanților solubili (apoși) și a produșilor în respectivii lorcationi si anioni. Precipitatele nu se dizolvă în apă, așa că niciun solid nu ar trebui să se separe. Regula rezultată arată astfel.
În ecuația de mai sus, ionii A+ și D - sunt prezenți pe ambele părți ale formulei. Se mai numesc și molecule spectatoare deoarece rămân aceleași pe toată durata reacției. Pentru că ei sunt cei care trec prin ecuație neschimbați. Adică, pot fi excluse pentru a arăta formula unei molecule impecabile.
Ecuația ionică pură arată doar reacția de precipitare. Iar formula moleculară a rețelei trebuie neapărat echilibrată pe ambele părți, nu numai din punctul de vedere al atomilor elementelor, ci și dacă îi luăm în considerare din partea sarcinii electrice. Reacțiile de precipitare sunt de obicei reprezentate exclusiv prin ecuații ionice. Dacă toate produsele sunt apoase, formula moleculară pură nu poate fi scrisă. Și asta se întâmplă deoarece toți ionii sunt excluși ca produse ale privitorului. Prin urmare, nu are loc în mod natural o reacție de precipitare.
Aplicații și exemple
Reacțiile de precipitare sunt utile pentru a determina dacă elementul potrivit este prezent într-o soluție. Dacă se formează un precipitat, de exemplu când o substanță chimică reacționează cu plumbul, prezența acestui component în sursele de apă poate fi verificată prin adăugarea substanței chimice și monitorizarea formării precipitatului. În plus, reflexia sedimentării poate fi folosită pentru a extrage elemente precum magneziul din marinapă. Reacțiile de precipitare apar chiar și la oameni între anticorpi și antigeni. Cu toate acestea, mediul în care se întâmplă acest lucru este încă studiat de oamenii de știință din întreaga lume.
Primul exemplu
Este necesar să finalizați reacția de înlocuire dublă și apoi să o reduceți la o ecuație de ioni puri.
În primul rând, este necesar să se prezică produsele finale ale acestei reacții folosind cunoștințele despre procesul de înlocuire dublă. Pentru a face acest lucru, amintiți-vă că cationii și anionii „schimbă parteneri”.
În al doilea rând, merită să separă reactivii în formele lor ionice cu drepturi depline, deoarece există într-o soluție apoasă. Și nu uitați să echilibrați atât sarcina electrică, cât și numărul total de atomi.
În sfârșit, trebuie să includeți toți ionii spectatorilor (aceleași molecule care apar pe ambele părți ale formulei care nu s-au schimbat). În acest caz, acestea sunt substanțe precum sodiul și clorul. Ecuația ionică finală arată astfel.
De asemenea, este necesar să finalizați reacția de înlocuire dublă și apoi, din nou, asigurați-vă că o reduceți la ecuația ionilor puri.
Rezolvarea problemelor generale
Produșii preziși ai acestei reacții sunt CoSO4 și NCL din regulile de solubilitate, COSO4 se descompune complet deoarece punctul 4 afirmă că sulfații (SO2–4) nu se depun în apă. În mod similar, trebuie constatat că componenta NCL este decidabilă pe baza postulatelor 1 și 3 (doar primul pasaj poate fi citat ca dovadă). După echilibrare, ecuația rezultată are următoarea formă.
Pentru pasul următor, merită separat toate componentele în formele lor ionice, deoarece vor exista într-o soluție apoasă. Și, de asemenea, pentru a echilibra sarcina și atomii. Apoi anulați toți ionii de spectator (cei care apar ca componente de ambele părți ale ecuației).
Fără reacție la precipitații
Acest exemplu special este important deoarece toți reactanții și produsele sunt apoase, ceea ce înseamnă că sunt excluși din ecuația ionică pură. Nu există precipitat solid. Prin urmare, nu are loc nicio reacție de precipitare.
Este necesar să se scrie ecuația ionică globală pentru reacțiile cu potențial deplasare dublă. Asigurați-vă că includeți starea materiei în soluție, acest lucru va ajuta la obținerea echilibrului în formula generală.
Soluții
1. Indiferent de starea fizică, produșii acestei reacții sunt Fe(OH)3 și NO3. Regulile de solubilitate prevăd că NO3 se descompune complet într-un lichid, deoarece toți nitrații o fac (acest lucru demonstrează al doilea punct). Cu toate acestea, Fe(OH)3 este insolubil deoarece precipitarea ionilor de hidroxid are întotdeauna această formă (ca dovadă, se poate da postulat al șaselea) și Fe nu este unul dintre cationi, ceea ce duce la excluderea componentei. După disociere, ecuația arată astfel:
2. Ca urmare a reacției duble de înlocuire, produșii sunt Al, CL3 și Ba, SO4, AlCL3 este solubil deoarece conține clorură (regula 3). Cu toate acestea, B a S O4 nu se descompune într-un lichid, deoarece componenta conține sulfat. Dar ionul B 2 + îl face și insolubil, pentru că esteunul dintre cationii care provoacă o excepție de la a patra regulă.
Așa arată ecuația finală după echilibrare. Și când ionii spectatorului sunt îndepărtați, se obține următoarea formulă de rețea.
3. Din reacția de înlocuire dublă se formează produse HNO3, precum și ZnI2. Conform regulilor, HNO3 se descompune deoarece conține nitrat (al doilea postulat). Și Zn I2 este, de asemenea, solubil deoarece iodurile sunt aceleași (punctul 3). Aceasta înseamnă că ambele produse sunt apoase (adică se disociază în orice lichid) și, prin urmare, nu are loc nicio reacție de precipitare.
4. Produșii acestei reflexii de dublă substituție sunt C a3(PO4)2 și NCL. Regula 1 prevede că N CL este solubil și, conform celui de-al șaselea postulat, C a3(PO4)2 nu se descompune.
Așa va arăta ecuația ionică când reacția este completă. Și după eliminarea precipitațiilor, se obține această formulă.
5. Primul produs al acestei reacții, PbSO4, este solubil conform celei de-a patra reguli, deoarece este sulfatul. Al doilea produs KNO3 se descompune și în lichid deoarece conține nitrat (al doilea postulat). Prin urmare, nu are loc nicio reacție de precipitare.
Proces chimic
Această acțiune de separare a unui solid în timpul precipitării din soluții are loc fie prin transformarea componentului într-o formă nedezintegrabilă, fie prin modificarea compoziției lichidului astfel încâtreduce calitatea articolului din el. Diferența dintre precipitare și cristalizare constă în mare măsură în faptul că se pune accent pe procesul prin care solubilitatea este redusă sau prin care structura solidului devine organizată.
În unele cazuri, precipitarea selectivă poate fi folosită pentru a elimina zgomotul din amestec. La soluție se adaugă un reactiv chimic și acesta reacționează selectiv cu interferențe pentru a forma un precipitat. Apoi poate fi separat fizic de amestec.
Precipitații sunt adesea folosiți pentru a îndepărta ionii metalici din soluțiile apoase: ionii de argint prezenți într-o componentă de sare lichidă, cum ar fi nitratul de argint, care este precipitat prin adăugarea de molecule de clor, cu condiția, de exemplu, să fie utilizat sodiu. Ionii primului component și celui de-al doilea se combină pentru a forma clorură de argint, un compus care este insolubil în apă. În mod similar, moleculele de bariu sunt convertite atunci când calciul este precipitat de oxalat. Au fost dezvoltate scheme pentru analiza amestecurilor de ioni metalici prin aplicarea secvenţială a reactivilor care precipită substanţe specifice sau grupele asociate acestora.
În multe cazuri, poate fi aleasă orice condiție în care substanța precipită într-o formă foarte pură și ușor separabilă. Izolarea unor astfel de precipitate și determinarea masei lor sunt metode precise de precipitare, găsirea cantității de diferiți compuși.
Când se încearcă separarea unui solid dintr-o soluție care conține mai multe componente, constituenții nedoriți sunt adesea încorporați în cristale, reducându-lepuritatea și degradează acuratețea analizei. O astfel de contaminare poate fi redusă prin operarea cu soluții diluate și adăugarea lent a agentului de precipitare. O tehnică eficientă se numește precipitare omogenă, în care este sintetizată mai degrabă în soluție decât adăugată mecanic. În cazuri dificile, poate fi necesară izolarea precipitatului contaminat, redizolvarea acestuia și, de asemenea, precipitarea. Majoritatea substanțelor interferente sunt îndepărtate în componenta originală, iar a doua încercare este efectuată în absența acestora.
În plus, numele reacției este dat de componenta solidă, care se formează ca urmare a reacției de precipitare.
Pentru a afecta descompunerea substanțelor dintr-un compus, este nevoie de un precipitat pentru a forma un compus insolubil, fie creat prin interacțiunea a două săruri, fie prin modificarea temperaturii.
Această precipitare de ioni poate indica faptul că a avut loc o reacție chimică, dar se poate întâmpla și dacă concentrația solutului depășește fracția sa de degradare totală. O acțiune precede un eveniment numit nucleare. Când particulele mici insolubile se agregează între ele sau formează o interfață superioară cu o suprafață, cum ar fi un perete de recipient sau un cristal de semințe.
Descoperiri cheie: precipitații în chimie
În această știință, această componentă este atât un verb, cât și un substantiv. Precipitarea este formarea unui compus insolubil, fie prin reducerea dezintegrarii complete a combinației, fie prin interacțiunea a două componente de sare.
Solidul funcționeazăfunctie importanta. Deoarece se formează ca urmare a reacției de precipitare și se numește precipitat. Solidul este utilizat pentru purificarea, îndepărtarea sau extragerea sărurilor. Și, de asemenea, pentru fabricarea pigmenților și identificarea substanțelor în analiza calitativă.
Precipitații versus precipitații, cadru conceptual
Terminologia poate fi puțin confuză. Iată cum funcționează: formarea unui solid dintr-o soluție se numește precipitat. Iar componenta chimică care trezește descompunerea dură în stare lichidă se numește precipitant. Dacă dimensiunea particulelor compusului insolubil este foarte mică sau dacă gravitația nu este suficientă pentru a trage componenta cristalină la fundul recipientului, precipitatul poate fi distribuit uniform în lichid, formând o suspensie. Sedimentarea se referă la orice procedură care separă sedimentul de porțiunea apoasă a unei soluții, care se numește supernatant. O metodă comună de sedimentare este centrifugarea. Odată ce precipitatul este îndepărtat, pulberea rezultată poate fi numită „floare”.
Un alt exemplu de formare de legături
Amestecarea azotatului de argint și a clorurii de sodiu în apă va face ca clorura de argint să precipite din soluție ca solid. Adică, în acest exemplu, precipitatul este colesterolul.
Când scrieți o reacție chimică, prezența precipitațiilor poate fi indicată prin următoarea formulă științifică cu o săgeată în jos.
Utilizarea precipitațiilor
Aceste componente pot fi utilizate pentru a identifica un cation sau un anion dintr-o sare ca parte a unei analize calitative. Se știe că metalele de tranziție formează diverse culori precipitate, în funcție de identitatea lor elementară și de starea de oxidare. Reacțiile de precipitare sunt utilizate în principal pentru a îndepărta sărurile din apă. Și, de asemenea, pentru selecția produselor și pentru prepararea pigmenților. În condiții controlate, reacția de precipitare produce cristale de precipitat pure. În metalurgie, ele sunt folosite la întărirea aliajelor.
Cum se recuperează sedimentul
Există mai multe metode de precipitare utilizate pentru extragerea solidului:
- Filtrare. În această acțiune, soluția care conține precipitatul este turnată pe filtru. În mod ideal, solidul rămâne pe hârtie în timp ce lichidul trece prin ea. Recipientul poate fi clătit și turnat peste filtru pentru a facilita recuperarea. Există întotdeauna o anumită pierdere, fie din cauza dizolvării în lichid, prin trecerea prin hârtie, fie din cauza aderenței la materialul conductor.
- Centrifugarea: această acțiune învârte soluția rapid. Pentru ca tehnica să funcționeze, precipitatul solid trebuie să fie mai dens decât lichidul. Componenta densificată poate fi obținută prin turnarea întregii ape. De obicei, pierderile sunt mai mici decât la filtrare. Centrifugarea funcționează bine cu mostre de dimensiuni mici.
- Decantare: această acțiune revarsă stratul de lichid sau îl aspiră din sediment. În unele cazuri, se adaugă solvent suplimentar pentru a separa apa de solid. Decantul poate fi folosit cu întreaga componentă după centrifugare.
Îmbătrânire prin precipitații
Un proces numit digestie are loc atunci cândsolidul proaspăt este lăsat să rămână în soluția sa. De obicei, temperatura întregului lichid crește. Digestia improvizată poate produce particule mai mari, cu puritate ridicată. Procesul care duce la acest rezultat este cunoscut sub numele de „maturarea Ostwald”.
