Утаяването е създаването на твърдо вещество от разтвор. Първоначално реакцията протича в течно състояние, след което се образува определено вещество, което се нарича "утайка". Химичният компонент, който причинява образуването му, има такъв научен термин като "утаител". Без достатъчно гравитация (утаяване), за да събере твърдите частици заедно, утайката остава в суспензия.
След утаяването, особено при използване на компактна центрофуга, утаяването може да се нарече "гранула". Може да се използва като среда. Течността, която остава над твърдото вещество без утаяване, се нарича "супернатант". Валежите са прахове, получени от остатъчни скали. Те също така исторически са били известни като "цветя". Когато твърдото вещество се появи под формата на химически обработени целулозни влакна, този процес често се нарича регенерация.
Разтворимост на елемента
Понякога образуването на утайка показва възникването на химическа реакция. Акоутаяването от разтвори на сребърен нитрат се излива в течност от натриев хлорид, след което настъпва химическо отражение с образуването на бяла утайка от благородния метал. Когато течен калиев йодид реагира с оловен(II) нитрат, се образува жълта утайка от оловен(II) йодид.
Може да се получи утаяване, ако концентрацията на съединение надвишава неговата разтворимост (например при смесване на различни компоненти или промяна на тяхната температура). Пълното утаяване може да настъпи бързо само от свръхнаситен разтвор.
В твърдите вещества процес възниква, когато концентрацията на един продукт е над границата на разтворимост в друго тяло гостоприемник. Например, поради бързото охлаждане или йонната имплантация, температурата е достатъчно висока, че дифузията може да доведе до отделяне на вещества и образуване на утайка. Пълното отлагане в твърдо състояние обикновено се използва за синтеза на нанокластери.
Пренасищане с течност
Важна стъпка в процеса на утаяване е началото на нуклеацията. Създаването на хипотетична твърда частица включва образуването на интерфейс, което разбира се изисква известна енергия, базирана на относителното движение на повърхността както на твърдото вещество, така и на разтвора. Ако не е налична подходяща структура на нуклеация, възниква пренасищане.
Пример за утаяване: мед от тел, който е изместен от среброто в разтвор на метален нитрат, в който се потапя. Разбира се, след тези експерименти твърдият материал се утаява. Реакциите на утаяване могат да се използват за получаване на пигменти. А също и за премахванесоли от водата при нейната преработка и при класически качествен неорганичен анализ. Ето как се отлага медта.
Порфиринови кристали
Утаяването е полезно и по време на изолирането на реакционните продукти, когато се извършва обработка. В идеалния случай тези вещества са неразтворими в реакционния компонент.
По този начин твърдото вещество се утаява, докато се образува, за предпочитане създавайки чисти кристали. Пример за това е синтезът на порфирини в кипяща пропионова киселина. Когато реакционната смес се охлади до стайна температура, кристалите на този компонент падат на дъното на съда.
Утаяване може да възникне и при добавяне на анти-разтворител, което драстично намалява абсолютното съдържание на вода в желания продукт. След това твърдото вещество може лесно да се отдели чрез филтриране, декантиране или центрофугиране. Пример е синтезът на хромов хлорид тетрафенилпорфирин: 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 разлага напълно в ацетонитрил и се изхвърля в етилацетат, където се утаява. Друго важно приложение на антиразтворителя е утаяването на етанол от ДНК.
В металургията утаяването на твърд разтвор също е полезен начин за втвърдяване на сплави. Този процес на разпад е известен като втвърдяване на твърдия компонент.
Представяне с помощта на химически уравнения
Пример за реакция на утаяване: воден сребърен нитрат (AgNO 3)добавен към разтвор, съдържащ калиев хлорид (KCl), се наблюдава разлагане на бяло твърдо вещество, но вече сребро (AgCl).
Той от своя страна образува стоманен компонент, който се наблюдава като утайка.
Тази реакция на утаяване може да бъде написана с акцент върху дисоциираните молекули в комбинирания разтвор. Това се нарича йонно уравнение.
Последният начин за създаване на такава реакция е известен като чисто свързване.
Валежи с различни цветове
Зелени и червеникаво-кафяви петна върху проба от варовикова сърцевина съответстват на твърди вещества от Fe 2+ и Fe 3+ оксиди и хидроксиди.
Много съединения, съдържащи метални йони, произвеждат утайки с отличителни цветове. По-долу са дадени типични нюанси за различни метални отлагания. Въпреки това, много от тези съединения могат да произвеждат цветове, които са много различни от изброените.
Други асоциации обикновено образуват бели утайки.
Аниони и катионен анализ
Утаяването е полезно за откриване на типа катион в солта. За да направите това, алкалите първо реагират с неизвестен компонент, за да образуват твърдо вещество. Това е утаяването на хидроксида на дадена сол. За да идентифицирате катиона, отбележете цвета на утайката и нейната разтворимост в излишък. Подобни процеси често се използват последователно – например смес от бариев нитрат ще реагира със сулфатни йони, за да образува твърда утайка от бариев сулфат, което показва вероятността вторите вещества да присъстват в изобилие.
Процес на храносмилане
Стареене на утайката настъпва, когато новообразуван компонент остава в разтвора, от който се утаява, обикновено при по-висока температура. Това води до по-чисти и по-груби отлагания на частици. Физикохимичният процес, лежащ в основата на храносмилането, се нарича узряване на Оствалд. Ето пример за утаяване на протеини.
Тази реакция възниква, когато катиони и аниони в хидрофитен разтвор се комбинират, за да образуват неразтворимо, хетерополярно твърдо вещество, наречено утайка. Дали се осъществява или не такава реакция може да се установи чрез прилагане на принципите за водно съдържание към общите 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. Възможността да се предскажат тези реакции позволява на учените да определят кои йони присъстват в разтвора. Той също така помага на промишлените предприятия да образуват химикали чрез извличане на компоненти от тези реакции.
Свойства на различни валежи
Те са неразтворими йонни реакционни твърди вещества, образувани, когато определени катиони и аниони се комбинират във воден разтвор. Детерминантите за образуването на утайки могат да варират. Някои реакции са зависими от температурата, като разтворите, използвани за буфери, докато други са свързани само с концентрацията на разтвора. Твърдите вещества, образувани в реакциите на утаяване, са кристални компоненти иможе да се суспендира в цялата течност или да падне на дъното на разтвора. Останалата вода се нарича супернатант. Двата елемента на консистенция (утайка и супернатанта) могат да бъдат разделени чрез различни методи, като филтриране, ултрацентрофугиране или декантиране.
Взаимодействие на валежите и двойната замяна
Прилагането на законите за разтворимост изисква разбиране как реагират йоните. Повечето от взаимодействията на валежите са процес на единично или двойно изместване. Първият вариант възниква, когато два йонни реагента се дисоциират и се свързват със съответния анион или катион на друго вещество. Молекулите се заместват една друга въз основа на техните заряди като катион или анион. Това може да се разглежда като "смяна на партньори". Тоест всеки от двата реагента „загубва“своя спътник и образува връзка с другия, например възниква химическо утаяване със сероводород.
Реакцията на двойно заместване е специално класифицирана като процес на втвърдяване, когато въпросното химично уравнение се среща във воден разтвор и един от получените продукти е неразтворим. Пример за такъв процес е показан по-долу.
И двата реагента са водни и единият продукт е твърд. Тъй като всички компоненти са йонни и течни, те се дисоциират и следователно могат напълно да се разтворят един в друг. Има обаче шест принципа на воднистостта, които се използват, за да се предскаже кои молекули са неразтворими, когато се отлагат във вода. Тези йони образуват общо твърда утайкамиксове.
Правила за разтворимост, процент на уреждане
Реакцията на утаяване диктува ли се правилото за водното съдържание на веществата? Всъщност всички тези закони и предположения предоставят насоки, които казват кои йони образуват твърди вещества и кои остават в първоначалната си молекулярна форма във воден разтвор. Правилата трябва да се спазват отгоре надолу. Това означава, че ако нещо е нерешимо (или решаващо) поради вече първия постулат, то има предимство пред следните индикации с по-висок номер.
Бромидите, хлоридите и йодидите са разтворими.
Соли, съдържащи утаяване на сребро, олово и живак, не могат да се смесват напълно.
Ако правилата посочват, че дадена молекула е разтворима, тогава тя остава във водна форма. Но ако компонентът е несмесим в съответствие с описаните по-горе закони и постулати, тогава той образува твърдо вещество с обект или течност от друг реагент. Ако се докаже, че всички йони във всяка реакция са разтворими, тогава процесът на утаяване не настъпва.
Чисти йонни уравнения
За да разберете дефиницията на това понятие, е необходимо да запомните закона за реакцията на двойна замяна, който беше даден по-горе. Тъй като тази конкретна смес е метод за утаяване, състоянията на материята могат да бъдат приписани на всяка променлива двойка.
Първата стъпка към написването на чисто йонно уравнение е да се разделят разтворимите (водни) реагенти и продукти в съответните имкатиони и аниони. Утайките не се разтварят във вода, така че не трябва да се отделя твърдо вещество. Полученото правило изглежда така.
В уравнението по-горе, йоните A+ и D - присъстват от двете страни на формулата. Те също се наричат зрителни молекули, защото остават едни и същи през цялата реакция. Защото те са тези, които преминават през уравнението непроменени. Тоест, те могат да бъдат изключени, за да покажат формулата на безупречна молекула.
Чистото йонно уравнение показва само реакцията на утаяване. И мрежовата молекулярна формула трябва задължително да бъде балансирана от двете страни, не само от гледна точка на атомите на елементите, но и ако ги разглеждаме от страна на електрическия заряд. Реакциите на утаяване обикновено се представят изключително чрез йонни уравнения. Ако всички продукти са водни, чистата молекулярна формула не може да бъде написана. И това се случва, защото всички йони са изключени като продукти на зрителя. Следователно естествено не настъпва реакция на утаяване.
Приложения и примери
Реакциите на утаяване са полезни при определяне дали правилният елемент присъства в разтвора. Ако се образува утайка, например когато химикал реагира с олово, присъствието на този компонент във водоизточниците може да се провери чрез добавяне на химикала и наблюдение на образуването на утайката. В допълнение, отражението на утаяване може да се използва за извличане на елементи като магнезий от морските водивода. Реакции на преципитация дори се появяват при хора между антитела и антигени. Въпреки това средата, в която това се случва, все още се изучава от учени по целия свят.
Първи пример
Необходимо е да завършите реакцията на двойно заместване и след това да я сведете до чисто йонно уравнение.
Първо е необходимо да се предвидят крайните продукти на тази реакция, като се използват познания за процеса на двойна замяна. За да направите това, не забравяйте, че катионите и анионите "сменят партньорите".
На второ място, струва си да разделите реагентите в техните пълноценни йонни форми, тъй като те съществуват във воден разтвор. И не забравяйте да балансирате както електрическия заряд, така и общия брой атоми.
Накрая, трябва да включите всички зрителни йони (същите молекули, които се срещат от двете страни на формулата, които не са се променили). В този случай това са вещества като натрий и хлор. Окончателното йонно уравнение изглежда така.
Необходимо е също да завършите реакцията на двойно заместване и след това отново не забравяйте да я сведете до уравнението за чисти йони.
Общо решаване на проблеми
Предвидените продукти на тази реакция са CoSO4 и NCL от правилата за разтворимост, COSO4 се разпада напълно, защото точка 4 гласи, че сулфатите (SO2–4) не се утаяват във вода. По същия начин трябва да се установи, че NCL компонентът е разрешим въз основа на постулат 1 и 3 (само първият пасаж може да бъде цитиран като доказателство). 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 отменете всички зрителни 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 са изключени от чистото йонно уравнение. Няма твърда утайка. Следователно не се получава реакция на утаяване.
Необходимо е да се напише общото йонно уравнение за потенциални реакции на двойно изместване. Не забравяйте да включите състоянието на материята в разтвора, 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 напълно се разпада в течност, тъй като всички нитрати го правят (това доказва втората точка). Fe(OH)3 обаче е неразтворим, тъй като утаяването на хидроксидни йони винаги има тази форма (като доказателство може да се даде шести постулат) и Fe не е един от катионите, което води до изключване на компонента. След дисоциацията уравнението изглежда така:
2. В резултат на реакцията на двойно заместване продуктите са Al, CL3 и Ba, SO4, AlCL3 е разтворим, тъй като съдържа хлорид (правило 3). Въпреки това, B a S O4 не се разлага в течност, тъй като компонентът съдържа сулфат. Но йонът В 2 + го прави също неразтворим, защото е такъведин от катионите, който причинява изключение от четвъртото правило.
Ето как изглежда окончателното уравнение след балансиране. И когато зрителните йони се отстранят, се получава следната мрежова формула.
3. От реакцията на двойно заместване се образуват продукти на HNO3, както и ZnI2. Според правилата HNO3 се разпада, 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 във всяка течност) и по този начин не настъпва реакция на утаяване.
4. Продуктите на това двойно заместващо отражение са C a3(PO4)2 и N CL. Правило 1 гласи, че N CL е разтворим и според шестия постулат C a3(PO4)2 не се разпада.
Ето как ще изглежда йонното уравнение, когато реакцията завърши. И след елиминиране на валежите се получава тази формула.
5. Първият продукт от тази реакция, PbSO4, е разтворим според четвъртото правило, тъй като е сулфат. Вторият продукт KNO3 също се разлага в течност, тъй като съдържа нитрати (втори постулат). Следователно не се получава реакция на утаяване.
Химичен процес
Това действие на отделяне на твърдо вещество по време на утаяване от разтвори се осъществява или чрез превръщане на компонента в неразпадаща се форма, или чрез промяна на състава на течността, така ченамаляване на качеството на артикула в него. Разликата между утаяването и кристализацията до голяма степен се състои в това дали акцентът е върху процеса, чрез който се намалява разтворимостта, или при който структурата на твърдото вещество се организира.
В някои случаи може да се използва селективно утаяване за премахване на шума от сместа. Към разтвора се добавя химичен реагент и той селективно реагира с интерференция, за да образува утайка. След това може да бъде физически отделен от сместа.
Утайки често се използват за отстраняване на метални йони от водни разтвори: сребърни йони, присъстващи в течен солев компонент като сребърен нитрат, който се утаява чрез добавяне на хлорни молекули, при условие, че се използва например натрий. Йоните на първия компонент и втория се комбинират, за да образуват сребърен хлорид, съединение, което е неразтворимо във вода. По същия начин, бариевите молекули се преобразуват, когато калцият се утаява от оксалат. Разработени са схеми за анализ на смеси от метални йони чрез последователно приложение на реагенти, които утаяват специфични вещества или техните свързани групи.
В много случаи може да се избере всяко условие, при което веществото се утаява в много чиста и лесно отделима форма. Изолирането на такива утайки и определянето на тяхната маса са точни методи за утаяване, намиране на количеството на различни съединения.
При опит да се отдели твърдо вещество от разтвор, съдържащ множество компоненти, нежеланите съставки често се включват в кристалите, намалявайки техниячистота и влошава точността на анализа. Такова замърсяване може да бъде намалено чрез работа с разредени разтвори и бавно добавяне на утаяващия агент. Ефективна техника се нарича хомогенно утаяване, при която се синтезира в разтвор, а не се добавя механично. В трудни случаи може да се наложи изолирането на замърсената утайка, повторното й разтваряне и също така утайката. Повечето от интерфериращите вещества се отстраняват в оригиналния компонент, а вторият опит се извършва при тяхно отсъствие.
В допълнение, името на реакцията се дава от твърдия компонент, който се образува в резултат на реакцията на утаяване.
За да се повлияе на разграждането на веществата в съединението, е необходима утайка за образуване на неразтворимо съединение, или създадено от взаимодействието на две соли или промяна в температурата.
Това утаяване на йони може да означава, че е извършена химическа реакция, но може да се случи и ако концентрацията на разтвореното вещество надвишава неговата част от общия разпад. Действие предхожда събитие, наречено нуклеация. Когато малки неразтворими частици се агрегират помежду си или образуват горна граница с повърхност като стена на контейнера или кристал за семена.
Основни констатации: утаяване в химията
В тази наука този компонент е едновременно глагол и съществително. Утаяването е образуването на някакво неразтворимо съединение, или чрез намаляване на пълното разпадане на комбинацията, или чрез взаимодействието на два солни компонента.
Твърдото се представяважна функция. Тъй като се образува в резултат на реакцията на утаяване и се нарича утайка. Твърдото вещество се използва за пречистване, отстраняване или извличане на соли. А също и за производството на пигменти и идентифицирането на вещества при качествен анализ.
Валежи срещу валежи, концептуална рамка
Терминологията може да бъде малко объркваща. Ето как работи: Образуването на твърдо вещество от разтвор се нарича утайка. А химическият компонент, който събужда твърдо разлагане в течно състояние, се нарича утаител. Ако размерът на частиците на неразтворимото съединение е много малък или ако гравитацията не е достатъчна, за да издърпа кристалния компонент на дъното на контейнера, утайката може да бъде равномерно разпределена в течността, образувайки суспензия. Седиментацията се отнася до всяка процедура, която отделя утайката от водната част на разтвора, която се нарича супернатант. Често срещан метод за утаяване е центрофугирането. След като утайката се отстрани, полученият прах може да се нарече "цвете".
Друг пример за образуване на облигации
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 холестерол.
Когато се пише химическа реакция, наличието на утаяване може да бъде показано със следната научна формула със стрелка надолу.
Използване на валежи
Тези компоненти могат да се използват за идентифициране на катион или анион в сол като част от качествен анализ. Известно е, че преходните метали образуват различни цветове на утайката в зависимост от тяхната елементарна идентичност и степен на окисление. Реакциите на утаяване се използват главно за отстраняване на соли от водата. А също и за избор на продукти и за приготвяне на пигменти. При контролирани условия, реакцията на утаяване произвежда чисти кристали утайка. В металургията те се използват за втвърдяване на сплави.
Как да възстановим утайката
Има няколко метода за утаяване, използвани за извличане на твърдо вещество:
- Филтриране. При това действие разтворът, съдържащ утайката, се излива върху филтъра. В идеалния случай твърдото вещество остава върху хартията, докато течността преминава през нея. Контейнерът може да се изплакне и да се излее върху филтъра, за да се подпомогне възстановяването. Винаги има някаква загуба, или поради разтваряне в течност, преминаване през хартия, или поради адхезия към проводящия материал.
- центрофугиране: Това действие завърта разтвора бързо. За да работи техниката, твърдата утайка трябва да е по-плътна от течната. Уплътненият компонент може да се получи чрез изливане на цялата вода. Обикновено загубите са по-малки, отколкото при филтриране. Центрофугирането работи добре с малки размери на пробите.
- Декантиране: това действие излива течния слой или го изсмуква от утайката. В някои случаи се добавя допълнителен разтворител за отделяне на водата от твърдото вещество. Декантът може да се използва с целия компонент след центрофугиране.
Стареене на валежи
Процес, наречен храносмилане, възниква, когатопрясното твърдо вещество се оставя да остане в неговия разтвор. Обикновено температурата на цялата течност се повишава. Импровизирано храносмилане може да произведе по-големи частици с висока чистота. Процесът, който води до този резултат, е известен като "съзряване на Оствалд".
