Валежите са... Описание на процеса, скорост, функции

Утаяването е образуване на твърдо вещество от разтвор. Първоначално реакцията протича в течно състояние, след което се образува вещество, което се нарича "утайка". Химическият компонент, който причинява образуването му, има научен термин, например "утайка". Без достатъчна гравитация (утаяване), която да събере твърдите частици, утайката остава във вид на суспензия.

След утаяване, особено когато се използва центрофуга за пресоване на твърдите частици в компактна маса, утайката може да се нарече "гранула". Тя може да се използва като средство. Течността, която остава над твърдите вещества без утаяване, се нарича "супернатант". Утайките са прахове, получени от остатъчни скали. В миналото те са били известни и като "цветя". Когато твърдото вещество се появява под формата на химически обработени целулозни влакна, този процес често се нарича регенерация.

Разтворимост на даден елемент

Понякога образуването на утайка е признак за протичане на химична реакция. Ако утайката от разтворите на сребърен нитрат се излее в течност от натриев хлорид, се получава химическа рефлексия и бяла утайка от благородния метал. Когато течен калиев йодид реагира с веществото оловен(II) нитрат, се образува жълта утайка от оловен(II) йодид.

Утаяването може да настъпи, ако концентрацията на съединението надвиши неговата разтворимост (напр. чрез смесване на различни компоненти или чрез промяна на температурата). Пълното отлагане може да се осъществи бързо само от пренаситен разтвор.

В твърди вещества процесът се осъществява, ако концентрацията на единия продукт е над границата на разтворимост на другия носител. Например поради бързо охлаждане или йонна имплантация температурата е достатъчно висока, за да може дифузията да доведе до разделяне и образуване на утайка. Общото отлагане в твърди вещества обикновено се използва за синтез на нанокластери.

Пренасищане с течности

Важна стъпка в процеса на отлагане е началото на нуклеацията. Създаването на хипотетично твърдо тяло включва образуването на интерфейс, който, разбира се, изисква известна енергия, основана на относителното движение на повърхността на твърдото тяло и разтвора. Ако не е налице подходяща структура на зародиша, се стига до пренасищане.

Пример за отлагане: мед от проводник, която е изместена от сребро в разтвор на метален нитрат, в който е потопен. Разбира се, след тези експерименти твърдият материал се утаява. Реакциите на утаяване могат да се използват за получаване на пигменти. Също така за отстраняване на соли от водата по време на нейното пречистване и при класически качествен неорганичен анализ. Точно по този начин се получава утаяване на медта.

Порфиринови кристали

Утаяването е полезно и при освобождаването на реакционни продукти по време на обработката. В идеалния случай тези вещества са неразтворими в компонента на реакцията.

По този начин твърдото вещество се утаява в процеса на образуване, като за предпочитане е да се образуват чисти кристали. Пример за това е синтезът на порфирини във вряща пропионова киселина. След като реакционната смес се охлади до стайна температура, кристалите на този компонент се утаяват на дъното на съда.

Утаяване може да се получи и при добавяне на антисолвент, който драстично намалява абсолютното съдържание на вода в желания продукт. След това твърдото вещество може лесно да се отдели чрез филтриране, декантиране или центрофугиране. Пример за това е синтезът на тетрафенилпорфирин хромов хлорид: към реакционния разтвор на DMF се добавя вода и продуктът се утаява. Утаяването е полезно и при пречистването на всички компоненти: суровият bdim-cl се разтваря напълно в ацетонитрил и се изхвърля в етилов ацетат, където се утаява. Друго важно приложение на антисолвента е утаяването на ДНК от етанолмис.

В металургията утаяването от твърд разтвор също е полезен начин за втвърдяване на сплави. Този процес на разлагане е известен като втвърдяване на твърдия компонент.

Представяне с помощта на химични уравнения

Пример за реакция на утаяване: Воден сребърен нитрат (AgNO 3) се добавя към разтвор, съдържащ калиев хлорид (KCl), и се получава бяло твърдо вещество, но вече сребро (AgCl).

Това от своя страна формира стоманения компонент, който се наблюдава като утайка.

Тази реакция на утаяване може да се запише, като се наблегне на дисоциираните молекули в комбинирания разтвор. Това се нарича йонно уравнение.

Последният метод за създаване на такава реакция е известен като чисто свързване.

Утайка с различни цветове

Зелените и червеникавокафявите петна върху сърцевината на варовика съответстват на твърди оксиди и хидроксиди на Fe 2+ и Fe 3+.

Много съединения, съдържащи метални йони, образуват утайки с характерни цветове. Типичните цветове за различните метални утайки са дадени по-долу. Много от тези съединения обаче могат да дадат цветове, които се различават от изброените.

Други съединения обикновено образуват бели утайки.

Анализ на аниони и катиони

Утаяването е полезно за определяне на вида на катиона в дадена сол. За целта алкална основа първо реагира с неизвестен компонент, за да образува твърдо вещество. Това е утаяване на хидроксида на дадена сол. За да се определи катионът, се отбелязва цветът на утайката и нейната разтворимост в излишък. Подобни процеси често се използват в последователност - например смес от бариев нитрат ще реагира със сулфатни йони, за да образува твърда утайка от бариев сулфат, което показва вероятността второто вещество да присъства в изобилие.

Процес на храносмилане

Стареенето на утайката настъпва, когато утайката в разтвора, от който е била утаена, остава, обикновено при по-висока температура. Това води до по-чисто и по-грубо утаяване на частиците. Физико-химичният процес, който е в основата на храносмилането, се нарича узряване на Оствалд. Утаяването на протеини е пример за това.

Тази реакция възниква, когато катиони и аниони в хидрофилен разтвор се комбинират, за да образуват неразтворим хетерополярен твърд елемент, наречен утайка. Дали такава реакция протича или не, може да се определи чрез прилагане на принципите за воднистост към обикновени молекулни твърди вещества. Тъй като не всички водни реакции образуват утайки, е необходимо да се запознаете с правилата за разтворимост, преди да определите състоянието на продуктите и да напишете общото йонно уравнение. Способността да се предвидят тези реакции позволява на учените да определят кои йони присъстват в разтвора. Той също така помага за промишлени предприятия образуват химикали чрез извличане на компоненти от тези реакции.

Свойства на различни утайки

Те са неразтворими твърди йонни продукти, които се образуват при комбинирането на определени катиони и аниони във воден разтвор. Детерминантите на валежите могат да бъдат различни. Някои реакции зависят от температурата, напр. разтвори, използвани за буфериране, докато други са свързани само с концентрацията на разтвора. Твърдите частици, получени при реакциите на утаяване, са кристални компоненти и могат да се задържат в цялата течност или да паднат на дъното на разтвора. Останалата вода се нарича супернатант. Двата елемента на консистенция (утайка и супернатант) могат да бъдат разпръснати чрез различни методи, като филтриране, ултрацентрофугиране или декантиране.

Взаимодействие при утаяване и двойно заместване

Прилагането на законите за разтворимост изисква разбиране на начина, по който йоните реагират. Повечето от взаимодействията при утаяване са с единично или двойно заместване. Първият се появява, когато два йонни реактива се дисоциират и се свързват със съответния анион или катион на другото вещество. Молекулите се заместват една друга въз основа на заряда си като катион или анион. Това може да се разглежда като "смяна на партньорите". Това означава, че всеки от двата реагента "губи" своя спътник и образува връзка с другия, като например химическото утаяване със сероводород.

Реакцията на двойно заместване се класифицира конкретно като процес на втвърдяване, когато въпросното химично уравнение протича във воден разтвор и един от образуваните продукти е неразтворим. Пример за такъв процес е даден по-долу.

И двата реактива са водни, а единият продукт е твърдо вещество. Тъй като всички компоненти са йонни и течни, те дисоциират и следователно могат да се разтворят напълно един в друг. Съществуват обаче шест принципа на водността, които се използват, за да се предвиди кои молекули са неразтворими, когато се утаяват във вода. Тези йони образуват твърда утайка в обща смес.

Правила за разтворимост, скорост на утаяване

Дали реакцията на утаяване се диктува от правилото за разтворимост във вода? Всъщност всички тези закони и предположения дават насоки за това кои йони образуват твърди тела и кои остават в първоначалната си молекулярна форма във воден разтвор. Правилата трябва да се спазват отгоре надолу. Това означава, че ако нещо е неразтворимо (или разтворимо) поради първия постулат, то има предимство пред следните указания с по-висок пореден номер.

Бромидите, хлоридите и йодидите са разтворими.

Солите, съдържащи утайки от сребро, олово и живак, не могат да се смесват напълно.

Ако според правилата дадена молекула е разтворима, тя остава във водната си форма. Но ако даден компонент е несмесващ се според описаните по-горе закони и постулати, той образува твърдо вещество с обект или течност от друг реагент. Ако се докаже, че всички йони в дадена реакция са разтворими, няма процес на утаяване.

Чисти йонни уравнения

За да се разбере дефиницията на това понятие, е необходимо да се припомни законът за реакциите на двойно заместване, даден по-горе. Тъй като тази конкретна смес е метод на утаяване, на всяка двойка променливи могат да бъдат присвоени състояния на материята.

Първата стъпка за написване на чисто йонно уравнение е да се разделят разтворимите (водни) реактиви и продукти на съответните им катиони и аниони. Утайките са неразтворими във вода, така че твърдото вещество не трябва да се отделя чрез. Изведеното правило е следното.

В горното уравнение йоните A+ и D се намират от двете страни на формулата. Те се наричат още молекули на зрителя, защото остават непроменени по време на реакцията. Тъй като те са тези, които преминават през уравнението непроменени. Това означава, че те могат да бъдат изключени, за да се покаже формулата на съвършена молекула.

Чистото йонно уравнение показва само реакцията на утаяване. А чистата молекулна формула трябва задължително да е балансирана и от двете страни, не само по отношение на атомите на елементите, но и от гледна точка на електрическия заряд. Реакциите на утаяване обикновено се представят изключително чрез йонни уравнения. Ако всички продукти са водни, не може да се напише чиста молекулна формула. И това се случва, защото всички йони са изключени като продукти на зрителя. Поради това в природата не се наблюдава реакция на утаяване.

Приложения и примери

Реакциите на утаяване са полезни за определяне на наличието на желания елемент в разтвора. Ако се образува утайка, например при реакция на химикал с олово, наличието на този компонент във водоизточника може да се провери чрез добавяне на химикала и контролиране на образуването на утайката. Освен това рефлексията на утайките може да се използва за извличане на елементи, като например магнезий, от на морската вода. Реакциите на утаяване възникват дори в човешкото тяло между антитела и антигени. Средата, в която това се случва, обаче все още се изучава от учени от цял свят.

Първи пример

Трябва да се завърши реакцията на двойно заместване и след това да се сведе до уравнението на чистия йон.

Първо, необходимо е да се предвидят крайните продукти на тази реакция, като се използват знанията за процеса на двойно заместване. За да направите това, трябва да помните, че катионите и анионите "сменят партньорите си".

Второ, струва си да се разделят реагентите на техните пълни йонни форми, тъй като те съществуват във воден разтвор. Не бива да забравяте да балансирате както електрическия заряд, така и общия брой атоми.

И накрая, трябва да включим всички спектрални йони (същите молекули, които се срещат от двете страни на формулата и които не са се променили). В този случай това са вещества като натрий и хлор. Окончателното йонно уравнение изглежда по следния начин.

Необходимо е също така да се завърши реакцията на двойно заместване и след това отново задължително да се сведе до уравнението на чистия йон.

Общо решаване на проблеми

Предполагаемите продукти на тази реакция са CoSO4 и NCL от правилата за разтворимост, COSO4 се разпада напълно, тъй като постулат 4 гласи, че сулфатите (SO2-4) не се утаяват във вода. По същия начин трябва да се установи, че компонентът NCL е решим въз основа на постулат 1 и 3 (като доказателство може да се посочи само първият пасаж). След балансиране полученото уравнение има следния вид.

За следващата стъпка си струва да разделите всички компоненти в техните йонни форми, тъй като те ще съществуват във воден разтвор. А също и за балансиране на заряда и атомите. След това анулирайте всички спектрални йони (тези, които се появяват като компоненти от двете страни на уравнението).

Без реакция на утаяване

Този конкретен пример е важен, защото всички реагенти и продукти са водни, което означава, че те са изключени от чистото йонно уравнение. Не се образува твърда утайка. Следователно не се извършва реакция на утаяване.

Трябва да напишете общото йонно уравнение за реакция на потенциално двойно изместване. Струва си да включите състоянието на материята в разтвора, тъй като това ще помогне за постигане на баланс в общата формула.

Решения

1. Независимо от физическото състояние, продуктите на тази реакция са Fe(OH)3 и NO3. Правилата за разтворимост предвиждат, че NO3 се разтваря напълно в течности, защото всички нитрати са такива (това доказва втората точка). Независимо от това Fe (O H)3 е неразтворим, тъй като утаяването на хидроксидни йони винаги има тази форма (като доказателство за шестия постулат) и Fe не е един от катионите, което води до изключване на компонента. След дисоциацията уравнението е следното:

2. От реакцията на двойно заместване продуктите са Al, CL3 и Ba, SO4, AlCL3 е разтворим, защото съдържа хлорид (правило 3). Въпреки това B a S O4 не се разлага в течности, тъй като компонентът има сулфат в състава си. Но йонът B 2 + го прави също неразтворим, защото е един от катионите, което води до изключение от четвъртото правило.

Ето как изглежда крайното уравнение след балансирането. А когато се отстранят йоните на зрителите, вече се получава следната мрежова формула.

3. От реакцията на двойно заместване се образуват продуктите HNO3 и ZnI2. Според правилата HNO3 се разлага, защото съдържа нитрати (втори постулат). И Zn I2 също е разтворим, защото йодидите са едни и същи (точка 3). Това означава, че и двата продукта са водни (т.е. дисоциират се във всяка течност) и поради това не протича реакция на утаяване.

4. Продуктите на тази реакция на двойно заместване са C a3(PO4)2 и N CL. Правило 1 гласи, че N CL е разтворим и съгласно шестия постулат C a3(PO4)2 не се разлага.

Точно така ще изглежда йонното уравнение, когато реакцията завърши. И след елиминиране на утайките се получава формулата.

5. Първият продукт на тази реакция, PbSO4, е разтворим според четвъртия постулат, защото е сулфат. Вторият продукт KNO3 също се разлага в течност, защото съдържа нитрати (втори постулат). Поради това не се осъществява реакция на утаяване.

Химически процес

Това е действие по отделяне на твърдо вещество от разтвор чрез превръщане на компонента в неразградима форма или чрез промяна на състава на течността, за да се намали качеството на обекта в нея. Разликата между утаяване и кристализация до голяма степен е въпрос на това дали се набляга на процеса, при който се намалява разтворимостта, или на процеса, при който се организира структурата на твърдото вещество.

В някои случаи може да се използва селективна утайка да премахнете пречи на сместа. Към разтвора се добавя химически реагент, който реагира селективно с интерференцията, за да образува утайка. След това може да се отдели физически от сместа.

Утайките често се използват за отстраняване на метални йони от водни разтвори: сребърни йони, присъстващи в компонент на течна сол, например сребърен нитрат, които се утаяват чрез добавяне на молекули хлор, при условие че се използва например натрий. Йоните на първия и втория компонент се комбинират, за да образуват сребърен хлорид - съединение, което е неразтворимо във вода. По същия начин молекулите на бария се превръщат при утаяване на калций с оксалат. Разработени са схеми за анализ на смеси от метални йони чрез последователно прилагане на реактиви, които утаяват специфични вещества или свързани с тях групи.

В много случаи могат да се изберат всякакви условия, при които веществото се утаява в много чиста и лесно отделяща се форма. Разделянето на тези утайки и определянето на тяхната маса са точни методи за утаяване, намиране на количествата на различните съединения и определяне на техния състав.

Когато се опитвате да отделите твърди вещества от разтвори, съдържащи няколко компонента, в кристалите често се включват нежелани съставки, което намалява тяхната чистота и влошава точността на анализа. Това замърсяване може да бъде намалено, като се работи с разредени разтвори и утаителят се добавя бавно. Една ефективна техника се нарича хомогенно утаяване, където Синтезира се в разтвор и не се добавя механично. В трудни случаи може да се наложи изолиране на замърсената утайка, повторното ѝ разтваряне, както и утаяване на. По-голямата част от смущаващите вещества се отстраняват в оригиналния компонент и се прави втори опит при пълно отсъствие на смущаващи вещества.

Освен това реакцията е наречена на името на твърдия компонент, който се получава в резултат на реакцията на утаяване.

За да се повлияе на разграждането на веществата в дадено съединение, е необходимо да се образува утайка, която да е неразтворима, създадена или от взаимодействието на две соли, или от промяна в температурата.

Това утаяване на йони може да означава, че е настъпила химична реакция, но може да се случи и ако концентрацията на разтвореното вещество надвиши общия му разпад. Действието се предхожда от събитие, наречено нуклеация. Когато малки неразтворими частици се агрегират помежду си или образуват горна граница с повърхност, например стена на контейнер или семенни кристали.

Основни констатации: определение за утаяване в химията

В тази наука този компонент е едновременно глагол и съществително име. Утаяването е образуване на някакво неразтворимо съединение или чрез намаляване на пълното разпадане на дадено съединение, или чрез взаимодействие на два солни компонента.

Твърдите вещества имат важна функция. Тъй като е резултат от реакцията на утаяване, се нарича утайка. Твърдото вещество се използва за пречистване, отстраняване или извличане на соли. Той също така е да направите идентификация на пигменти и вещества при качествен анализ.

Утаяване срещу седиментация, концептуален апарат

Терминологията може да изглежда малко объркваща. Ето как става това: Образуването на твърдо вещество от разтвор се нарича утайка. А химичният компонент, който предизвиква трудното разпадане в течно състояние, се нарича утайка. Ако размерът на частиците на неразтворимото съединение е много малък или ако гравитацията не е достатъчна, за да изтегли кристалния компонент към дъното на контейнера, утайката може да се разпредели равномерно в течността, образувайки суспензия. Утаяването се отнася за всяка процедура, при която се отделя утайката от водната част на разтвора, която се нарича супернатант. Често срещан метод за утаяване е центрофугирането. След като утайката бъде извлечена, полученият прах може да се нарече "цъфтеж".

Друг пример за образуване на връзка

Смесването на сребърен нитрат и натриев хлорид във вода ще доведе до утаяване на сребърен хлорид от разтвора като твърдо вещество. Тоест в този пример утайката е CC.

Когато се записва химичната реакция, наличието на утайка може да се посочи със следната научна формула със стрелка надолу.

Използване на валежи

Тези компоненти могат да се използват за определяне на катиона или аниона в солта като част от качествен анализ. Известно е, че преходните метали образуват различни цветове утайки в зависимост от тяхната елементарна принадлежност и степен на окисление. Реакциите на утаяване се използват най-вече за отстраняване на соли от водата. Също така за изолиране на продукти и за приготвяне на пигменти. При контролирани условия реакцията на утаяване дава чисти утаечни кристали. В металургията се използва за втвърдяване на сплави.

Как да се оползотворят утайките

Има няколко метода на утайката, използвана за извличане на твърдото вещество:

1. филтриране. При това действие разтворът, съдържащ утайката, се излива върху филтър. В идеалния случай твърдото вещество остава върху хартията, а течността преминава през. Контейнерът може да се изплакне и да се изсипе върху филтър, за да се подпомогне възстановяването. Винаги има някаква загуба - или чрез разтваряне в течността, или чрез преминаване през хартията, или чрез залепване към проводящия материал.
2. Центрофугиране: при това действие разтворът се завърта бързо. За да може техниката да работи, твърдите утайки трябва да са по-плътни от течните. Уплътнен компонент, който може да се получи чрез изливане на цялата вода. По принцип загубите са по-малки от тези при филтриране. Центрофугирането работи добре при малки по размер проби.
3. Декантиране: при това действие течният слой се излива или изсмуква от утайката. В някои случаи се добавя допълнителен разтворител, за да се отдели водата от твърдото вещество. След центрофугиране може да се използва декантиране на целия компонент.

Стареене на седимента

Процесът, наречен кипене, настъпва, когато прясно твърдо вещество се остави да остане в разтвора си. Температурата на цялата течност обикновено се повишава. Подобреното разграждане може да доведе до получаване на по-големи частици с по-висока чистота. Процесът, който води до този резултат, е известен като "Зреене на Оствалд".