 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
В водном растворе осаждение - это процесс превращения растворенного вещества в нерастворимое твердое вещество из перенасыщенного раствора . [1] [2] Образовавшееся твердое вещество называется осадком . [3] В случае неорганической химической реакции, приводящей к осаждению, химический реагент, вызывающий образование твердого вещества, называется осадителем . [4]
Прозрачная жидкость, остающаяся над осажденной или центрифугированной твердой фазой, является « супернатантом» или « супернатантом» .
Понятие осаждения также можно распространить на другие области химии (органическая химия и биохимия) и даже применить к твердым фазам ( например , металлургия и сплавы), когда твердые примеси отделяются от твердой фазы.
Перенасыщение [ править ]
Осаждение соединения может происходить, когда его концентрация превышает его растворимость . Это может быть связано с изменениями температуры, испарением растворителя или смешиванием растворителей. Осаждение происходит быстрее из сильно перенасыщенного раствора.
Образование осадка может быть вызвано химической реакцией. Когда раствор хлорида бария вступает в реакцию с серной кислотой , образуется белый осадок сульфата бария . Когда раствор иодида калия реагирует с раствором нитрата свинца (II) , образуется желтый осадок иодида свинца (II) .
Зарождение [ править ]
Важным этапом процесса осаждения является начало зародышеобразования . Создание твердой частицы подразумевает образование границы раздела с раствором. Это включает изменения энергии в зависимости от свободной энергии реакции растворения ( эндотермический или экзотермический процесс, сопровождающийся увеличением энтропии ) и относительной поверхностной энергии, развиваемой между твердым телом и раствором. Если изменения энергии неблагоприятны или отсутствуют подходящие центры зародышеобразования, осаждение не происходит и раствор остается перенасыщенным.
Неорганическая химия [ править ]
Осаждение в водном растворе [ править ]
Типичным примером реакции осаждения в водном растворе является хлорид серебра . При добавлении нитрата серебра (AgNO 3 ) к раствору хлорида калия (KCl) наблюдается выпадение белого твердого вещества (AgCl). [5] [6]
Ионное уравнение позволяет записывать эту реакцию, подробно на диссоциированных ионах присутствующие в водном растворе.
Редукционные осадки [ править ]
Восстановитель Вальдена является иллюстрацией реакции восстановления, непосредственно сопровождающейся осаждением менее растворимого соединения из-за его более низкой химической валентности:
Восстановитель Вальдена, сделанный из крошечных кристаллов серебра, полученных погружением медной проволоки в раствор нитрата серебра , используется для восстановления до их более низкой валентности любого металлического иона, расположенного над парой серебра (Ag + + 1 e - → Ag) в шкала окислительно-восстановительного потенциала .
Цвета осадка [ править ]
.
Многие соединения , содержащие металлические ионы производят осадки с отличительными цветами. Ниже приведены некоторые типичные цвета для различных металлов. Однако многие из этих соединений могут давать цвета, сильно отличающиеся от перечисленных.
| Металл | Цвет |
|---|---|
| Хром | Синий, темно-зеленый, темно-зеленый, оранжевый, желтый, коричневый |
| Кобальт | Розовый (при увлажнении) |
| Медь | Синий |
| Железо (II) | Зеленый бледный |
| Железо (III) | Красновато-коричневый |
| Марганец | Бледно-розовый (Mn 2+ ) |
| Никель | Зеленый |
Многие соединения часто образуют белые осадки.
Качественный анализ анионов / катионов [ править ]
Образование осадка полезно для определения типа катиона в соли . Для этого щелочь сначала реагирует с неизвестной солью с образованием осадка, который представляет собой гидроксид неизвестной соли. Для идентификации катиона отмечают цвет осадка и его избыточную растворимость. Подобные процессы часто используются последовательно - например, раствор нитрата бария будет реагировать с сульфат- ионами с образованием твердого осадка сульфата бария , что указывает на вероятность присутствия сульфат-ионов.
Коллоидные суспензии [ править ]
Без достаточных сил притяжения ( например , силы Ван-дер-Ваальса ) для агрегирования твердых частиц вместе и удаления их из раствора под действием силы тяжести ( осаждения ) они остаются во взвешенном состоянии и образуют коллоиды . Осаждение можно ускорить высокоскоростным центрифугированием . Полученную таким образом компактную массу иногда называют «гранулой».
Пищеварение и ускоряет старение [ править ]
Переваривание или старение осадка происходит, когда в растворе, из которого он выпадает, остается свежеобразованный осадок, обычно при более высокой температуре . Это приводит к более чистым и крупным рекристаллизованным частицам. Физико-химический процесс, лежащий в основе пищеварения, называется созреванием Оствальда . [7] [8]
Органическая химия [ править ]
Хотя реакции осаждения могут использоваться для изготовления пигментов , удаления ионов из раствора при очистке воды и в классическом качественном неорганическом анализе , осаждение также обычно используется для выделения продуктов органической реакции во время операций обработки и очистки. В идеале продукт реакции нерастворим в растворителе, используемом для реакции. Таким образом, он осаждается по мере образования, предпочтительно с образованием чистых кристаллов . Примером этого может быть синтез порфиринов в кипящей пропионовой кислоте.. При охлаждении реакционной смеси до комнатной температуры кристаллы порфирина выпадают в осадок и собираются фильтрацией на фильтре Бюхнера, как показано на фотографии здесь: [9]
Осаждение может также происходить при добавлении антирастворителя (растворителя, в котором продукт нерастворим), что резко снижает растворимость желаемого продукта. После этого осадок можно легко отделить декантированием , фильтрацией или центрифугированием . Примером может служить синтез хлорида тетрафенилпорфирина Cr 3+ : к раствору диметилформамида (ДМФ), в котором протекает реакция, добавляют воду , и продукт осаждается. [10] Осаждение полезно для очистки многих других продуктов: например , неочищенный bmim -Cl поглощается ацетонитрилом. , и по каплям в этилацетат , где он выпадает в осадок. [11]
Биохимия [ править ]
Очистку и разделение белков можно проводить путем осаждения при изменении природы растворителя или значения его диэлектрической проницаемости ( например , путем замены воды этанолом ) или путем увеличения ионной силы раствора. Поскольку белки имеют сложные третичные и четвертичные структуры из-за их специфической укладки и различных слабых межмолекулярных взаимодействий ( например , водородных мостиков), эти сверхструктуры могут быть модифицированы, а белки денатурированы и осаждены. Другим важным применением антирастворителя в осаждением этанолом из ДНК .
Металлургия и сплавы [ править ]
В твердых фазах осаждение происходит, если концентрация одного твердого вещества превышает предел растворимости в твердом веществе-хозяине, например, из-за быстрого гашения или ионной имплантации , а температура достаточно высока, чтобы диффузия могла привести к сегрегации в осадки. Осаждение в твердых телах обычно используется для синтеза нанокластеров . [12]
В металлургии осаждение из твердого раствора также является способом упрочнения сплавов . Этот процесс известен как упрочнение твердого раствора .
Осаждение керамических фаз в металлических сплавах, таких как гидриды циркония, в оболочке из циркалоя стержней ядерного топлива также может сделать металлические сплавы хрупкими и привести к их механическому разрушению. Поэтому правильное соблюдение точных условий температуры и давления при охлаждении отработавшего ядерного топлива важно, чтобы избежать повреждения их оболочки и сохранить целостность отработавших тепловыделяющих элементов в течение длительного времени в контейнерах для сухого хранения и в условиях геологического захоронения.
Промышленные процессы [ править ]
Осаждение гидроксида, вероятно, является наиболее широко используемым промышленным процессом осаждения, в котором гидроксиды металлов образуются путем добавления гидроксида кальция ( гашеная известь ) или гидроксида натрия ( каустическая сода ) в качестве осадителя.
История [ править ]
Порошки, полученные в результате различных процессов осаждения, также исторически назывались «цветами».
См. Также [ править ]
- Соосаждение
- Соление в
- Высаливание
Ссылки [ править ]
- ^ «Осадки (химические) - обзор | Темы ScienceDirect» . ScienceDirect . Проверено 28 ноября 2020 .
- ^ «Химическое осаждение» . Британская энциклопедия . Проверено 28 ноября 2020 .
- ^ «Определение осадка» . Мерриам-Вебстер . Проверено 28 ноября 2020 .
- ^ «Определение осадка» . Мерриам-Вебстер . Проверено 28 ноября 2020 .
- ^ Zumdahl, Стивен S .; ДеКост, Дональд Дж. (2012). Химические принципы . Cengage Learning. ISBN 978-1-133-71013-4.
- ^ Zumdahl, Стивен S .; ДеКост, Дональд Дж. (2018). Вводная химия: фундамент . Cengage Learning. ISBN 978-1-337-67132-3.
- ^ Vengrenovitch, RD (1982). «К теории созревания Оствальда». Acta Metallurgica . 30 (6): 1079–1086. DOI : 10.1016 / 0001-6160 (82) 90004-9 . ISSN 0001-6160 .
- Перейти ↑ Voorhees, PW (1985). «Теория созревания Оствальда». Журнал статистической физики . 38 (1–2): 231–252. Bibcode : 1985JSP .... 38..231V . DOI : 10.1007 / BF01017860 . ISSN 0022-4715 . S2CID 14865117 .
- ^ А. Д. Адлер; FR Longo; JD Finarelli; Дж. Гольдмахер; Дж. Ассур; Л. Корсаков (1967). «Упрощенный синтез мезо-тетрафенилпорфина». J. Org. Chem. 32 (2): 476. DOI : 10.1021 / jo01288a053 .
- ^ Алан Д. Адлер; Фредерик Р. Лонго; Фрэнк Кампас; Жан Ким (1970). «О препарате металлопорфиринов». Журнал неорганической и ядерной химии . 32 (7): 2443. DOI : 10,1016 / 0022-1902 (70) 80535-8 .
- Перейти ↑ Dupont, J., Consorti, C., Suarez, P., de Souza, R. (2004). «Приготовление ионных жидкостей комнатной температуры на основе 1-бутил-3-метилимидазолия» . Органический синтез .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ); Сборник , 10 , стр. 184
- ^ Дхара, S. (2007). «Формирование, динамика и характеризация наноструктур с помощью ионно-лучевого облучения». Критические обзоры в области твердого тела и материаловедения . 32 (1): 1–50. Bibcode : 2007CRSSM..32 .... 1D . DOI : 10.1080 / 10408430601187624 . S2CID 98639891 .
Дополнительное чтение [ править ]
- Зумдал, Стивен С. (2005). Химические принципы (5-е изд.). Нью-Йорк: Хоутон Миффлин. ISBN 0-618-37206-7.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме твердых осадков . |
- Реакции осаждения некоторых катионов
- Инструменты для пищеварения
- Диссертация о формировании рисунка в реакциях осаждения.
