Le precipitazioni sono la creazione di un solido da una soluzione. Inizialmente, la reazione avviene allo stato liquido, dopo di che si forma una certa sostanza, chiamata "precipitato". La componente chimica che ne provoca la formazione ha un termine scientifico così come "precipitatore". Senza una gravità sufficiente (decantazione) per riunire le particelle dure, il sedimento rimane in sospensione.
Dopo la decantazione, soprattutto quando si utilizza una centrifuga compatta, la decantazione può essere chiamata "granulo". Può essere usato come mezzo. Il liquido che rimane al di sopra del solido senza precipitazione è chiamato "supernatante". Le precipitazioni sono polveri ottenute da rocce residue. Storicamente sono stati anche conosciuti come "fiori". Quando il solido appare sotto forma di fibre di cellulosa trattate chimicamente, questo processo viene spesso definito rigenerazione.
Solubilità dell'elemento
A volte la formazione di un precipitato indica il verificarsi di una reazione chimica. Se unla precipitazione dalle soluzioni di nitrato d'argento viene versata in un liquido di cloruro di sodio, quindi si verifica la riflessione chimica con la formazione di un precipitato bianco dal metallo prezioso. Quando lo ioduro di potassio liquido reagisce con il nitrato di piombo(II), si forma un precipitato giallo di ioduro di piombo(II).
La precipitazione può verificarsi se la concentrazione di un composto supera la sua solubilità (ad esempio, quando si mescolano diversi componenti o si cambia la loro temperatura). La precipitazione completa può avvenire rapidamente solo da una soluzione supersatura.
Nei solidi, si verifica un processo quando la concentrazione di un prodotto è superiore al limite di solubilità in un altro corpo ospite. Ad esempio, a causa del rapido raffreddamento o dell'impianto di ioni, la temperatura è sufficientemente elevata che la diffusione può portare alla separazione delle sostanze e alla formazione di un precipitato. La deposizione totale allo stato solido è comunemente usata per la sintesi di nanocluster.
Saturazione del fluido
Un passo importante nel processo di precipitazione è l'inizio della nucleazione. La creazione di un'ipotetica particella solida comporta la formazione di un'interfaccia, che ovviamente richiede una certa energia basata sul movimento relativo della superficie sia del solido che della soluzione. Se non è disponibile una struttura di nucleazione adeguata, si verifica la sovrasaturazione.
Un esempio di precipitazione: rame da un filo che viene spostato dall'argento in una soluzione di nitrato metallico, in cui viene immerso. Naturalmente, dopo questi esperimenti, il materiale solido precipita. Le reazioni di precipitazione possono essere utilizzate per produrre pigmenti. E anche da rimuoveresali dell'acqua durante la sua lavorazione e nell'analisi inorganica qualitativa classica. Ecco come viene depositato il rame.
Cristalli di porfirina
La precipitazione è utile anche durante l'isolamento dei prodotti di reazione durante la lavorazione. Idealmente, queste sostanze sono insolubili nel componente di reazione.
Così il solido precipita via mentre si forma, creando preferibilmente cristalli puri. Un esempio di questo è la sintesi di porfirine in acido propionico bollente. Quando la miscela di reazione viene raffreddata a temperatura ambiente, i cristalli di questo componente cadono sul fondo del recipiente.
Le precipitazioni possono verificarsi anche con l'aggiunta di un antisolvente, che riduce drasticamente il contenuto d'acqua assoluto del prodotto desiderato. Il solido può quindi essere facilmente separato mediante filtrazione, decantazione o centrifugazione. Un esempio è la sintesi della tetrafenilporfirina di cloruro di cromo: alla soluzione di reazione del DMF viene aggiunta acqua e il prodotto precipita. La precipitazione è utile anche nella purificazione di tutti i componenti: il grezzo bdim-cl viene completamente decomposto in acetonitrile e scartato in acetato di etile, dove precipita. Un' altra importante applicazione dell'antisolvente è la precipitazione dell'etanolo dal DNA.
In metallurgia, anche la precipitazione della soluzione solida è un modo utile per indurire le leghe. Questo processo di decadimento è noto come indurimento del componente solido.
Rappresentazione mediante equazioni chimiche
Esempio di reazione di precipitazione: nitrato d'argento acquoso (AgNO 3)aggiunto ad una soluzione contenente cloruro di potassio (KCl), si osserva la decomposizione di un solido bianco, ma già argento (AgCl).
Lui, a sua volta, ha formato una componente d'acciaio, che si osserva come un precipitato.
Questa reazione di precipitazione può essere scritta con enfasi sulle molecole dissociate nella soluzione combinata. Questa è chiamata equazione ionica.
L'ultimo modo per creare una tale reazione è noto come legame puro.
Precipitazioni di diversi colori
Le macchie verdi e bruno-rossastre su un campione di carota calcarea corrispondono a solidi di ossidi e idrossidi di Fe 2+ e Fe 3+.
Molti composti contenenti ioni metallici producono precipitati con colori distintivi. Di seguito sono riportate le tonalità tipiche per varie deposizioni di metalli. Tuttavia, molti di questi composti possono produrre colori molto diversi da quelli elencati.
Altre associazioni di solito formano precipitati bianchi.
Analisi di anioni e cationi
Le precipitazioni sono utili per rilevare il tipo di catione nel sale. Per fare ciò, l'alcali reagisce prima con un componente sconosciuto per formare un solido. Questa è la precipitazione dell'idrossido di un dato sale. Per identificare il catione, annotare il colore del precipitato e la sua solubilità in eccesso. Processi simili sono spesso usati in sequenza - ad esempio, una miscela di nitrato di bario reagirà con gli ioni solfato per formare un solido precipitato di solfato di bario, indicando la probabilità che le seconde sostanze siano presenti in abbondanza.
Processo di digestione
L'invecchiamento di un precipitato si verifica quando un componente appena formato rimane nella soluzione da cui precipita, di solito a una temperatura più elevata. Ciò si traduce in depositi di particelle più puliti e più grossolani. Il processo fisico-chimico alla base della digestione è chiamato maturazione di Ostwald. Ecco un esempio di precipitazione proteica.
Questa reazione si verifica quando cationi e anioni in una soluzione idrofita si combinano per formare un solido eteropolare insolubile chiamato precipitato. Se una tale reazione avvenga o meno può essere accertato applicando i principi del contenuto di acqua ai solidi molecolari generali. Poiché non tutte le reazioni acquose formano precipitati, è necessario familiarizzare con le regole di solubilità prima di determinare lo stato dei prodotti e scrivere l'equazione ionica complessiva. Essere in grado di prevedere queste reazioni consente agli scienziati di determinare quali ioni sono presenti in una soluzione. Aiuta anche gli impianti industriali a formare sostanze chimiche estraendo componenti da queste reazioni.
Proprietà di varie precipitazioni
Sono solidi di reazione ionica insolubili formati quando alcuni cationi e anioni si combinano in una soluzione acquosa. I determinanti della formazione dei fanghi possono variare. Alcune reazioni dipendono dalla temperatura, come le soluzioni utilizzate per i tamponi, mentre altre sono legate solo alla concentrazione della soluzione. I solidi formati nelle reazioni di precipitazione sono componenti cristallini epuò essere sospeso nell'intero liquido o cadere sul fondo della soluzione. L'acqua rimanente è chiamata supernatante. I due elementi di consistenza (precipitato e surnatante) possono essere separati con metodi diversi, come filtrazione, ultracentrifugazione o decantazione.
Interazione tra precipitazioni e doppia sostituzione
L'applicazione delle leggi della solubilità richiede la comprensione di come reagiscono gli ioni. La maggior parte delle interazioni delle precipitazioni sono un processo di spostamento singolo o doppio. La prima opzione si verifica quando due reagenti ionici si dissociano e si legano al corrispondente anione o catione di un' altra sostanza. Le molecole si sostituiscono a vicenda in base alle loro cariche come cationi o anioni. Questo può essere visto come un "cambio di partner". Cioè, ciascuno dei due reagenti "perde" il suo compagno e forma un legame con l' altro, ad esempio si verifica una precipitazione chimica con acido solfidrico.
La doppia reazione di sostituzione è specificamente classificata come processo di solidificazione quando l'equazione chimica in questione si verifica in una soluzione acquosa e uno dei prodotti risultanti è insolubile. Un esempio di tale processo è mostrato di seguito.
Entrambi i reagenti sono acquosi e un prodotto è solido. Poiché tutti i componenti sono ionici e liquidi, si dissociano e quindi possono dissolversi completamente l'uno nell' altro. Tuttavia, ci sono sei principi di solubilità che vengono utilizzati per prevedere quali molecole sono insolubili quando vengono depositate in acqua. Questi ioni formano un solido precipitato in totalemescola.
Regole di solubilità, tasso di regolamento
La reazione di precipitazione è dettata dalla regola del contenuto d'acqua delle sostanze? In effetti, tutte queste leggi e congetture forniscono linee guida che dicono quali ioni formano solidi e quali rimangono nella loro forma molecolare originale in soluzione acquosa. Le regole devono essere seguite dall' alto verso il basso. Ciò significa che se qualcosa è già indecidibile (o decidibile) a causa del primo postulato, ha la precedenza sulle seguenti indicazioni di numero più alto.
Bromuri, cloruri e ioduri sono solubili.
I sali contenenti precipitazioni di argento, piombo e mercurio non possono essere miscelati completamente.
Se le regole stabiliscono che una molecola è solubile, allora rimane sotto forma di acqua. Ma se il componente è immiscibile secondo le leggi e i postulati sopra descritti, allora forma un solido con un oggetto o liquido da un altro reagente. Se viene mostrato che tutti gli ioni in qualsiasi reazione sono solubili, allora il processo di precipitazione non si verifica.
Equazioni ioniche pure
Per comprendere la definizione di questo concetto, è necessario ricordare la legge per la doppia reazione di sostituzione, che è stata data sopra. Poiché questa particolare miscela è un metodo di precipitazione, gli stati della materia possono essere assegnati a ciascuna coppia di variabili.
Il primo passo per scrivere un'equazione ionica pura è separare i reagenti solubili (acquosi) e i prodotti nei rispettivicationi e anioni. I precipitati non si dissolvono in acqua, quindi nessun solido dovrebbe separarsi. La regola risultante è simile a questa.
Nell'equazione sopra, gli ioni A+ e D - sono presenti su entrambi i lati della formula. Sono anche chiamate molecole spettatrici perché rimangono le stesse per tutta la reazione. Perché sono quelli che passano attraverso l'equazione invariati. Cioè, possono essere esclusi per mostrare la formula di una molecola impeccabile.
L'equazione ionica pura mostra solo la reazione di precipitazione. E la formula molecolare della rete deve essere necessariamente bilanciata su entrambi i lati, non solo dal punto di vista degli atomi degli elementi, ma anche se li consideriamo dal lato della carica elettrica. Le reazioni di precipitazione sono solitamente rappresentate esclusivamente da equazioni ioniche. Se tutti i prodotti sono acquosi, la formula molecolare pura non può essere scritta. E questo accade perché tutti gli ioni sono esclusi come prodotti dello spettatore. Pertanto, non si verifica naturalmente alcuna reazione di precipitazione.
Applicazioni ed esempi
Le reazioni di precipitazione sono utili per determinare se l'elemento giusto è presente in una soluzione. Se si forma un precipitato, ad esempio quando una sostanza chimica reagisce con il piombo, la presenza di questo componente nelle sorgenti d'acqua può essere verificata aggiungendo la sostanza chimica e monitorando la formazione del precipitato. Inoltre, la riflessione della sedimentazione può essere utilizzata per estrarre elementi come il magnesio dal mareacqua. Le reazioni di precipitazione si verificano anche nell'uomo tra anticorpi e antigeni. Tuttavia, l'ambiente in cui ciò si verifica è ancora oggetto di studio da parte di scienziati di tutto il mondo.
Primo esempio
È necessario completare la doppia reazione di sostituzione, quindi ridurla a un'equazione di ioni puri.
In primo luogo, è necessario prevedere i prodotti finali di questa reazione utilizzando la conoscenza del processo di doppia sostituzione. Per fare ciò, ricorda che cationi e anioni "cambiano partner".
In secondo luogo, vale la pena separare i reagenti nelle loro forme ioniche a tutti gli effetti, poiché esistono in una soluzione acquosa. E non dimenticare di bilanciare sia la carica elettrica che il numero totale di atomi.
Infine, devi includere tutti gli ioni spettatore (le stesse molecole che si trovano su entrambi i lati della formula che non sono cambiate). In questo caso si tratta di sostanze come sodio e cloro. L'equazione ionica finale si presenta così.
È inoltre necessario completare la doppia reazione di sostituzione, quindi, di nuovo, assicurarsi di ridurla all'equazione degli ioni puri.
Risoluzione di problemi generali
I prodotti previsti di questa reazione sono CoSO4 e NCL dalle regole di solubilità, COSO4 si rompe completamente perché il punto 4 afferma che i solfati (SO2–4) non si depositano nell'acqua. Allo stesso modo, si deve trovare che la componente NCL è decidibile sulla base del postulato 1 e 3 (solo il primo passaggio può essere citato come prova). Dopo il bilanciamento, l'equazione risultante ha la forma seguente.
Per il passaggio successivo, vale la pena separare tutti i componenti nelle loro forme ioniche, poiché esisteranno in una soluzione acquosa. E anche per bilanciare la carica e gli atomi. Quindi annulla tutti gli ioni spettatore (quelli che appaiono come componenti su entrambi i lati dell'equazione).
Nessuna reazione alle precipitazioni
Questo particolare esempio è importante perché tutti i reagenti ei prodotti sono acquosi, il che significa che sono esclusi dall'equazione ionica pura. Non c'è precipitato solido. Pertanto, non si verifica alcuna reazione di precipitazione.
È necessario scrivere l'equazione ionica complessiva per reazioni di spostamento potenzialmente doppio. Assicurati di includere lo stato della materia nella soluzione, questo aiuterà a raggiungere l'equilibrio nella formula generale.
Soluzioni
1. Indipendentemente dallo stato fisico, i prodotti di questa reazione sono Fe(OH)3 e NO3. Le regole di solubilità prevedono che l'NO3 si decomponga completamente in un liquido, perché tutti i nitrati lo fanno (questo dimostra il secondo punto). Tuttavia, Fe(OH)3 è insolubile perché la precipitazione degli ioni idrossido ha sempre questa forma (come prova, si può fornire il sesto postulato) e Fe non è uno dei cationi, il che porta all'esclusione del componente. Dopo la dissociazione, l'equazione appare così:
2. Come risultato della doppia reazione di sostituzione, i prodotti sono Al, CL3 e Ba, SO4, AlCL3 è solubile perché contiene cloruro (regola 3). Tuttavia, B a S O4 non si decompone in un liquido, poiché il componente contiene solfato. Ma lo ione B 2 + lo rende anche insolubile, perché lo èuno dei cationi che causa un'eccezione alla quarta regola.
Questo è l'aspetto dell'equazione finale dopo il bilanciamento. E quando gli ioni spettatore vengono rimossi, si ottiene la seguente formula di rete.
3. Dalla doppia reazione di sostituzione si formano prodotti HNO3 e ZnI2. Secondo le regole, l'HNO3 si scompone perché contiene nitrato (secondo postulato). E anche Zn I2 è solubile perché gli ioduri sono gli stessi (punto 3). Ciò significa che entrambi i prodotti sono acquosi (cioè si dissociano in qualsiasi liquido) e quindi non si verifica alcuna reazione di precipitazione.
4. I prodotti di questa riflessione di doppia sostituzione sono C a3(PO4)2 e NCL. La regola 1 afferma che N CL è solubile e, secondo il sesto postulato, C a3(PO4)2 non si scompone.
Ecco come apparirà l'equazione ionica quando la reazione sarà completa. E dopo aver eliminato le precipitazioni, si ottiene questa formula.
5. Il primo prodotto di questa reazione, PbSO4, è solubile secondo la quarta regola perché è solfato. Anche il secondo prodotto KNO3 si decompone in liquido perché contiene nitrato (secondo postulato). Pertanto, non si verifica alcuna reazione di precipitazione.
Processo chimico
Questa azione di separare un solido durante la precipitazione dalle soluzioni avviene sia convertendo il componente in una forma non disintegrante, sia modificando la composizione del liquido in modo cheridurre la qualità dell'oggetto in esso contenuto. La differenza tra precipitazione e cristallizzazione risiede in gran parte nel fatto che l'enfasi è sul processo mediante il quale la solubilità viene ridotta, o mediante il quale la struttura del solido viene organizzata.
In alcuni casi, la precipitazione selettiva può essere utilizzata per rimuovere il rumore dalla miscela. Alla soluzione viene aggiunto un reagente chimico che reagisce selettivamente con interferenza per formare un precipitato. Può quindi essere fisicamente separato dalla miscela.
I precipitati sono spesso usati per rimuovere gli ioni metallici dalle soluzioni acquose: ioni argento presenti in un componente salino liquido come il nitrato d'argento, che viene precipitato dall'aggiunta di molecole di cloro, a patto, ad esempio, di utilizzare sodio. Gli ioni del primo componente e del secondo si combinano per formare cloruro d'argento, un composto insolubile in acqua. Allo stesso modo, le molecole di bario vengono convertite quando il calcio viene precipitato dall'ossalato. Sono stati sviluppati schemi per l'analisi di miscele di ioni metallici mediante l'applicazione sequenziale di reagenti che precipitano sostanze specifiche o gruppi associati.
In molti casi, si può scegliere qualsiasi condizione in cui la sostanza precipita in una forma molto pura e facilmente separabile. L'isolamento di tali precipitati e la determinazione della loro massa sono metodi accurati di precipitazione, per trovare la quantità di vari composti.
Quando si tenta di separare un solido da una soluzione contenente più componenti, i costituenti indesiderati vengono spesso incorporati nei cristalli, riducendone lapurezza e degrada l'accuratezza dell'analisi. Tale contaminazione può essere ridotta operando con soluzioni diluite e aggiungendo lentamente l'agente precipitante. Una tecnica efficiente è chiamata precipitazione omogenea, in cui viene sintetizzata in soluzione anziché aggiunta meccanicamente. In casi difficili, può essere necessario isolare il precipitato contaminato, ridiscioglierlo e precipitare anche. La maggior parte delle sostanze interferenti viene rimossa nel componente originale e il secondo tentativo viene eseguito in loro assenza.
Inoltre, il nome della reazione è dato dalla componente solida, che si forma a seguito della reazione di precipitazione.
Per influenzare la scomposizione delle sostanze in un composto, è necessario un precipitato per formare un composto insolubile, creato dall'interazione di due sali o da un cambiamento di temperatura.
Questa precipitazione di ioni può indicare che è avvenuta una reazione chimica, ma può anche verificarsi se la concentrazione del soluto supera la sua frazione di decadimento totale. Un'azione precede un evento chiamato nucleazione. Quando piccole particelle insolubili si aggregano tra loro o formano un'interfaccia superiore con una superficie come una parete di un contenitore o un seme di cristallo.
Risultati chiave: precipitazioni in chimica
In questa scienza, questo componente è sia un verbo che un sostantivo. La precipitazione è la formazione di un composto insolubile, sia riducendo la completa disintegrazione della combinazione, sia attraverso l'interazione di due componenti salini.
Il solido funzionafunzione importante. Poiché si forma a seguito della reazione di precipitazione ed è chiamato precipitato. Il solido viene utilizzato per purificare, rimuovere o estrarre i sali. E anche per la produzione di pigmenti e l'identificazione di sostanze nell'analisi qualitativa.
Precipitazioni contro precipitazioni, quadro concettuale
La terminologia può creare un po' di confusione. Ecco come funziona: La formazione di un solido da una soluzione è chiamata precipitato. E il componente chimico che risveglia la dura decomposizione allo stato liquido è chiamato precipitante. Se la dimensione delle particelle del composto insolubile è molto piccola, o se la gravità non è sufficiente per tirare il componente cristallino sul fondo del contenitore, il precipitato può essere distribuito uniformemente in tutto il liquido, formando un impasto liquido. La sedimentazione si riferisce a qualsiasi procedura che separa il sedimento dalla parte acquosa di una soluzione, chiamata surnatante. Un metodo di sedimentazione comune è la centrifugazione. Una volta rimosso il precipitato, la polvere risultante può essere chiamata "fiore".
Un altro esempio di formazione di obbligazioni
La miscelazione di nitrato d'argento e cloruro di sodio in acqua farà precipitare il cloruro d'argento dalla soluzione come solido. Cioè, in questo esempio, il precipitato è il colesterolo.
Quando si scrive una reazione chimica, la presenza di precipitazioni può essere indicata dalla seguente formula scientifica con una freccia in giù.
Utilizzo delle precipitazioni
Questi componenti possono essere utilizzati per identificare un catione o un anione in un sale come parte di un'analisi qualitativa. È noto che i metalli di transizione formano vari colori precipitati a seconda della loro identità elementare e dello stato di ossidazione. Le reazioni di precipitazione sono utilizzate principalmente per rimuovere i sali dall'acqua. E anche per la selezione dei prodotti e per la preparazione dei pigmenti. In condizioni controllate, la reazione di precipitazione produce cristalli di precipitato puro. In metallurgia sono usati per indurire le leghe.
Come recuperare i sedimenti
Ci sono diversi metodi di precipitazione usati per estrarre il solido:
- Filtraggio. In questa azione, la soluzione contenente il precipitato viene versata sul filtro. Idealmente, il solido rimane sulla carta mentre il liquido lo attraversa. Il contenitore può essere risciacquato e versato sul filtro per favorire il recupero. C'è sempre una certa perdita, dovuta alla dissoluzione in un liquido, al passaggio attraverso la carta, o all'adesione al materiale conduttivo.
- Centrifugazione: questa azione fa girare rapidamente la soluzione. Affinché la tecnica funzioni, il precipitato solido deve essere più denso del liquido. La componente densificata si ottiene versando tutta l'acqua. Di solito le perdite sono inferiori rispetto al filtraggio. La centrifugazione funziona bene con campioni di piccole dimensioni.
- Decantazione: questa azione espelle lo strato liquido o lo aspira dal sedimento. In alcuni casi, viene aggiunto un solvente aggiuntivo per separare l'acqua dal solido. Decant può essere utilizzato con l'intero componente dopo la centrifugazione.
Invecchiamento delle precipitazioni
Un processo chiamato digestione si verifica quandosi lascia che il solido fresco rimanga nella sua soluzione. Tipicamente, la temperatura dell'intero liquido aumenta. La digestione improvvisata può produrre particelle più grandi con elevata purezza. Il processo che porta a questo risultato è noto come "maturazione di Ostwald".
