Padavine so ustvarjanje trdne snovi iz raztopine. Sprva reakcija poteka v tekočem stanju, po kateri nastane določena snov, ki se imenuje "oborina". Kemična komponenta, ki povzroča njegovo tvorbo, ima znanstveni izraz kot "oborodajalec". Brez dovolj gravitacije (sedanja), da bi trde delce združili, ostane usedlina v suspenziji.
Po usedanju, zlasti pri uporabi kompaktne centrifuge, lahko usedanje imenujemo "granule". Lahko se uporablja kot medij. Tekočina, ki ostane nad trdno snovjo brez padavin, se imenuje "supernatant". Padavine so prah, pridobljen iz ostankov kamnin. V preteklosti so bili znani tudi kot "rože". Ko se trdna snov pojavi v obliki kemično obdelanih celuloznih vlaken, se ta proces pogosto imenuje regeneracija.
Topnost elementov
Včasih tvorba oborine kaže na pojav kemične reakcije. Čepadavine iz raztopin srebrovega nitrata vlijemo v tekočino natrijevega klorida, nato pride do kemične refleksije s tvorbo bele oborine iz plemenite kovine. Ko tekoči kalijev jodid reagira s svinčevim(II) nitratom, nastane rumena oborina svinčevega(II) jodida.
Obarjanje se lahko pojavi, če koncentracija spojine preseže njeno topnost (na primer pri mešanju različnih komponent ali spreminjanju njihove temperature). Popolno obarjanje se lahko hitro pojavi samo iz prenasičene raztopine.
V trdnih snoveh pride do procesa, ko je koncentracija enega produkta nad mejo topnosti v drugem telesu gostitelja. Na primer, zaradi hitrega hlajenja ali ionske implantacije je temperatura dovolj visoka, da lahko difuzija povzroči ločitev snovi in nastanek oborine. Popolno odlaganje v trdnem stanju se običajno uporablja za sintezo nanoklastrov.
Prezasičenost s tekočino
Pomemben korak v procesu padavin je začetek nukleacije. Ustvarjanje hipotetičnega trdnega delca vključuje tvorbo vmesnika, ki seveda zahteva nekaj energije, ki temelji na relativnem gibanju površine tako trdne snovi kot raztopine. Če ustrezna nukleacijska struktura ni na voljo, pride do prenasičenosti.
Primer padavin: baker iz žice, ki jo srebro izpodrine v raztopino kovinskega nitrata, v katero se potopi. Seveda se po teh poskusih trdna snov obori. Precipitacijske reakcije se lahko uporabijo za proizvodnjo pigmentov. In tudi odstranitisoli iz vode med njeno predelavo in v klasični kvalitativni anorganski analizi. Tako se odlaga baker.
porfirinski kristali
Obarjanje je uporabno tudi med izolacijo reakcijskih produktov, ko pride do predelave. V idealnem primeru so te snovi netopne v reakcijski komponenti.
Tako se trdna snov ob tvorbi obori, po možnosti ustvari čiste kristale. Primer tega je sinteza porfirinov v vreli propionski kislini. Ko se reakcijska zmes ohladi na sobno temperaturo, kristali te komponente padejo na dno posode.
Padavine se lahko pojavijo tudi, če se doda antitopilo, ki drastično zmanjša absolutno vsebnost vode v želenem izdelku. Trdno snov lahko nato enostavno ločimo s filtracijo, dekantacijo ali centrifugiranjem. Primer je sinteza kromovega klorida tetrafenilporfirina: reakcijski raztopini DMF dodamo vodo in produkt se obori. Precipitacija je uporabna tudi pri čiščenju vseh komponent: surovi bdim-cl se popolnoma razgradi v acetonitrilu in zavrže v etil acetat, kjer se obori. Druga pomembna uporaba protitopila je precipitacija etanola iz DNK.
V metalurgiji je obarjanje trdne raztopine uporaben način za utrjevanje zlitin. Ta proces razpadanja je znan kot utrjevanje trdne komponente.
Predstavitev s kemičnimi enačbami
Primer reakcije padavin: vodni srebrov nitrat (AgNO 3)dodamo raztopini, ki vsebuje kalijev klorid (KCl), opazimo razgradnjo bele trdne snovi, vendar že srebra (AgCl).
On pa je tvoril jekleno komponento, ki jo opazimo kot oborino.
To reakcijo obarjanja lahko zapišemo s poudarkom na disociiranih molekulah v kombinirani raztopini. To se imenuje ionska enačba.
Zadnji način za ustvarjanje takšne reakcije je znan kot čisto povezovanje.
Padavine različnih barv
Zelene in rdeče-rjave lise na vzorcu apnenčastega jedra ustrezajo trdnim snovem oksidov in hidroksidov Fe 2+ in Fe 3+.
Številne spojine, ki vsebujejo kovinske ione, proizvajajo oborine z značilnimi barvami. Spodaj so značilni odtenki za različne usedline kovin. Vendar pa lahko mnoge od teh spojin proizvedejo barve, ki se zelo razlikujejo od navedenih.
Druge asociacije običajno tvorijo bele oborine.
analiza anionov in kationov
Padavine so uporabne pri odkrivanju vrste kationov v soli. Da bi to naredili, alkalija najprej reagira z neznano komponento, da tvori trdno snov. To je obarjanje hidroksida dane soli. Za identifikacijo kationa upoštevajte barvo oborine in njeno pretirano topnost. Podobni postopki se pogosto uporabljajo v zaporedju – na primer mešanica barijevega nitrata reagira s sulfatnimi ioni, da nastane trdna oborina barijevega sulfata, kar kaže na verjetnost, da so druge snovi prisotne v izobilju.
proces prebave
Staranje oborine nastane, ko novonastala komponenta ostane v raztopini, iz katere se obori, običajno pri višji temperaturi. Posledica tega so čistejše in grobe usedline delcev. Fizikalno-kemijski proces, na katerem temelji prebava, se imenuje Ostwaldovo zorenje. Tukaj je primer obarjanja beljakovin.
Ta reakcija se pojavi, ko se kationi in anioni v raztopini hidrofita združijo v netopno, heteropolarno trdno snov, imenovano oborina. Ali se taka reakcija zgodi ali ne, je mogoče ugotoviti z uporabo načel vsebnosti vode za splošne molekularne trdne snovi. Ker vse vodne reakcije ne tvorijo oborine, se je treba seznaniti s pravili topnosti, preden določimo stanje produktov in napišemo celotno ionsko enačbo. Sposobnost napovedovanja teh reakcij omogoča znanstvenikom, da ugotovijo, kateri ioni so prisotni v raztopini. Prav tako pomaga industrijskim rastlinam pri tvorbi kemikalij z ekstrakcijo komponent iz teh reakcij.
Lastnosti različnih padavin
So netopne ionske reakcijske trdne snovi, ki nastanejo, ko se nekateri kationi in anioni združijo v vodni raztopini. Dejavniki nastajanja blata so lahko različni. Nekatere reakcije so odvisne od temperature, kot so raztopine, ki se uporabljajo za pufre, medtem ko so druge povezane le s koncentracijo raztopine. Trdne snovi, ki nastanejo v reakcijah obarjanja, so kristalne komponente inse lahko suspendira v celotni tekočini ali pade na dno raztopine. Preostala voda se imenuje supernatant. Dva elementa konsistence (precipitat in supernatant) je mogoče ločiti z različnimi metodami, kot so filtracija, ultracentrifugiranje ali dekantacija.
Interakcija padavin in dvojne zamenjave
Uporaba zakonov topnosti zahteva razumevanje, kako ioni reagirajo. Večina interakcij padavin je proces enojnega ali dvojnega premika. Prva možnost se pojavi, ko dva ionska reaktanta disociirata in se vežeta na ustrezen anion ali kation druge snovi. Molekule se med seboj zamenjajo glede na naboje kot kation ali anion. To je mogoče razumeti kot "zamenjava partnerjev". To pomeni, da vsak od dveh reagentov "izgubi" svojega spremljevalca in tvori vez z drugim, na primer pride do kemičnega obarjanja z vodikovim sulfidom.
Reakcija dvojne zamenjave je posebej razvrščena kot proces strjevanja, ko se zadevna kemična enačba pojavi v vodni raztopini in je eden od nastalih produktov netopen. Primer takega postopka je prikazan spodaj.
Oba reagenta sta vodna in en produkt je trden. Ker so vse komponente ionske in tekoče, se disociirajo in se zato lahko popolnoma raztopijo druga v drugi. Vendar pa obstaja šest načel vodnatosti, ki se uporabljajo za napovedovanje, katere molekule so netopne, ko se odložijo v vodi. Ti ioni v celoti tvorijo trdno oborinomešanice.
Pravila topnosti, stopnja poravnave
Ali reakcijo padavin narekuje pravilo vsebnosti vode v snoveh? Pravzaprav vsi ti zakoni in domneve zagotavljajo smernice, ki povedo, kateri ioni tvorijo trdne snovi in kateri ostanejo v svoji prvotni molekularni obliki v vodni raztopini. Pravila je treba upoštevati od zgoraj navzdol. To pomeni, da če je nekaj neopredeljivo (ali odločilno) že zaradi prvega postulata, ima prednost pred naslednjimi indikacijami z višjim številom.
Bromidi, kloridi in jodidi so topni.
Soli, ki vsebujejo oborine srebra, svinca in živega srebra, ni mogoče popolnoma mešati.
Če pravila navajajo, da je molekula topna, ostane v vodi. Če pa se komponenta ne meša v skladu z zgoraj opisanimi zakoni in postulati, potem tvori trdno snov s predmetom ali tekočino iz drugega reagenta. Če se pokaže, da so vsi ioni v kateri koli reakciji topni, potem do procesa obarjanja ne pride.
Čiste ionske enačbe
Da bi razumeli definicijo tega koncepta, se je treba spomniti zakona za reakcijo dvojne zamenjave, ki je bil podan zgoraj. Ker je ta posebna mešanica metoda precipitacije, se lahko vsakemu paru spremenljivk dodelijo stanja snovi.
Prvi korak k pisanju čiste ionske enačbe je ločiti topne (vodne) reaktante in produkte na njihove ustreznekationi in anioni. Oborine se v vodi ne raztopijo, zato se trdna snov ne sme ločiti. Nastalo pravilo izgleda takole.
V zgornji enačbi so ioni A+ in D- prisotni na obeh straneh formule. Imenujejo jih tudi molekule gledalcev, ker ostanejo enake skozi celotno reakcijo. Ker so oni tisti, ki gredo skozi enačbo nespremenjeni. To pomeni, da jih je mogoče izključiti, da pokažejo formulo brezhibne molekule.
Čista ionska enačba prikazuje samo reakcijo obarjanja. In molekularna formula omrežja mora biti nujno uravnotežena na obeh straneh, ne le z vidika atomov elementov, ampak tudi, če jih upoštevamo s strani električnega naboja. Reakcije padavin so običajno predstavljene izključno z ionskimi enačbami. Če so vsi produkti vodni, čiste molekularne formule ni mogoče zapisati. In to se zgodi, ker so vsi ioni izključeni kot produkti gledalca. Zato naravno ne pride do reakcije padavin.
Aplikacije in primeri
Reakcije padavin so uporabne pri ugotavljanju, ali je v raztopini prisoten pravi element. Če nastane oborina, na primer, ko kemikalija reagira s svincem, lahko prisotnost te komponente v vodnih virih preverimo z dodajanjem kemikalije in spremljanjem nastanka oborine. Poleg tega se lahko sedimentacijski odboj uporablja za ekstrakcijo elementov, kot je magnezij, iz morjavoda. Med protitelesi in antigeni se pri ljudeh celo pojavijo precipitacijske reakcije. Vendar znanstveniki po vsem svetu še vedno preučujejo okolje, v katerem se to dogaja.
Prvi primer
Treba je dokončati reakcijo dvojne zamenjave in jo nato reducirati na čisto ionsko enačbo.
Najprej je treba predvideti končne produkte te reakcije z uporabo poznavanja postopka dvojne zamenjave. Če želite to narediti, ne pozabite, da kationi in anioni "zamenjajo partnerje".
Drugič, vredno je ločiti reagente v njihove polnopravne ionske oblike, saj obstajajo v vodni raztopini. In ne pozabite uravnotežiti tako električnega naboja kot skupnega števila atomov.
Nazadnje morate vključiti vse ione gledalce (iste molekule, ki se pojavljajo na obeh straneh formule, ki se niso spremenile). V tem primeru so to snovi, kot sta natrij in klor. Končna ionska enačba izgleda takole.
Treba je tudi dokončati reakcijo dvojne zamenjave, nato pa jo ponovno reducirati na enačbo čistih ionov.
reševanje splošne težave
Napovedana produkta te reakcije sta CoSO4 in NCL iz pravil topnosti, COSO4 se popolnoma razgradi, ker točka 4 navaja, da se sulfati (SO2–4) ne usedajo v vodi. Podobno je treba ugotoviti, da je komponenta NCL odločljiva na podlagi postulata 1 in 3 (kot dokaz je mogoče navesti samo prvi odstavek). Po uravnoteženju ima nastala enačba naslednjo obliko.
Za naslednji korak je vredno vse komponente ločiti v njihove ionske oblike, saj bodo obstajale v vodni raztopini. In tudi za uravnoteženje naboja in atomov. Nato prekličite vse ione spectator (tiste, ki so prikazani kot komponente na obeh straneh enačbe).
Brez reakcije padavin
Ta poseben primer je pomemben, ker so vsi reaktanti in produkti vodni, kar pomeni, da so izključeni iz čiste ionske enačbe. Trdne oborine ni. Zato ne pride do reakcije padavin.
Potrebno je napisati celotno ionsko enačbo za potencialno dvojne premične reakcije. V raztopino obvezno vključite stanje snovi, to bo pomagalo doseči ravnovesje v celotni formuli.
Rešitve
1. Ne glede na agregatno stanje sta produkta te reakcije Fe(OH)3 in NO3. Pravila topnosti predvidevajo, da se NO3 popolnoma razgradi v tekočini, ker se razgradijo vsi nitrati (to dokazuje drugo točko). Vendar je Fe(OH)3 netopen, ker ima precipitacija hidroksidnih ionov vedno to obliko (kot dokaz lahko navedemo šesti postulat) in Fe ni eden od kationov, kar vodi v izključitev komponente. Po disociaciji enačba izgleda takole:
2. Kot rezultat reakcije dvojne zamenjave so produkti Al, CL3 in Ba, SO4, AlCL3 je topen, ker vsebuje klorid (pravilo 3). Vendar se B a S O4 ne razgradi v tekočini, saj komponenta vsebuje sulfat. Toda ion B 2 + ga naredi tudi netopnega, ker jeeden od kationov, ki povzroča izjemo od četrtega pravila.
Tako je videti končna enačba po uravnoteženju. In ko odstranimo ione gledalcev, dobimo naslednjo mrežno formulo.
3. Iz reakcije dvojne zamenjave nastanejo produkti HNO3 in tudi ZnI2. Po pravilih se HNO3 razgradi, ker vsebuje nitrat (drugi postulat). In Zn I2 je tudi topen, ker so jodidi enaki (točka 3). To pomeni, da sta oba produkta vodna (tj. disociirata v kateri koli tekočini) in tako ne pride do reakcije obarjanja.
4. Produkta te dvojne substitucijske refleksije sta C a3(PO4)2 in N CL. Pravilo 1 pravi, da je N CL topen in v skladu s šestim postulatom C a3(PO4)2 ne razpade.
Tako bo videti ionska enačba, ko bo reakcija končana. In po odstranitvi padavin dobimo to formulo.
5. Prvi produkt te reakcije, PbSO4, je topen po četrtem pravilu, ker je sulfat. Drugi produkt KNO3 se prav tako razgradi v tekočini, ker vsebuje nitrat (drugi postulat). Zato ne pride do reakcije padavin.
Kemični proces
To dejanje ločevanja trdne snovi med obarjanjem iz raztopin se pojavi bodisi s pretvorbo komponente v nerazpadljivo obliko bodisi s spremembo sestave tekočine, tako dazmanjšati kakovost predmeta v njem. Razlika med obarjanjem in kristalizacijo je v veliki meri v tem, ali je poudarek na procesu, s katerim se zmanjša topnost, ali pri čemer se struktura trdne snovi organizira.
V nekaterih primerih je mogoče uporabiti selektivno padavine za odstranitev hrupa iz mešanice. Raztopini dodamo kemični reagent in ta selektivno reagira z interferenco, da nastane oborina. Nato ga je mogoče fizično ločiti od mešanice.
Oborine se pogosto uporabljajo za odstranjevanje kovinskih ionov iz vodnih raztopin: srebrovih ionov, prisotnih v komponenti tekoče soli, kot je srebrov nitrat, ki se obori z dodatkom molekul klora, pod pogojem, da se na primer uporabi natrij. Ioni prve komponente in druge se združijo v srebrov klorid, spojino, ki je netopna v vodi. Podobno se molekule barija pretvorijo, ko se kalcij obori z oksalatom. Razvite so bile sheme za analizo zmesi kovinskih ionov z zaporedno uporabo reagentov, ki oborijo določene snovi ali njihove povezane skupine.
V mnogih primerih je mogoče izbrati kateri koli pogoj, pod katerim se snov obori v zelo čisti in zlahka ločljivi obliki. Izolacija takšnih oborin in določanje njihove mase sta natančni metodi obarjanja, ugotavljanje količine različnih spojin.
Ko poskušate ločiti trdno snov od raztopine, ki vsebuje več komponent, se nezaželene sestavine pogosto vključijo v kristale, kar zmanjša njihovočistost in poslabša natančnost analize. Takšno kontaminacijo je mogoče zmanjšati z delovanjem z razredčenimi raztopinami in počasnim dodajanjem oborjevalnega sredstva. Učinkovita tehnika se imenuje homogena precipitacija, pri kateri se sintetizira v raztopini in ne doda mehansko. V težkih primerih bo morda treba kontaminirano oboro izolirati, jo ponovno raztopiti in tudi oborino. Večina motečih snovi je odstranjena v originalni komponenti, drugi poskus pa se izvede v njihovi odsotnosti.
Poleg tega je reakcija podana s trdno komponento, ki nastane kot posledica reakcije obarjanja.
Da bi vplivali na razgradnjo snovi v spojini, je potrebna oborina za tvorbo netopne spojine, ki nastane zaradi interakcije dveh soli ali spremembe temperature.
Ta precipitacija ionov lahko pomeni, da je prišlo do kemične reakcije, vendar se lahko zgodi tudi, če koncentracija topljenca preseže njen delež celotnega razpada. Dejanje je pred dogodkom, imenovanim nukleacija. Ko se majhni netopni delci združijo med seboj ali tvorijo zgornji vmesnik s površino, kot je stena posode ali semenski kristal.
Ključne ugotovitve: padavine v kemiji
V tej znanosti je ta komponenta tako glagol kot samostalnik. Obarjanje je tvorba neke netopne spojine, bodisi z zmanjšanjem popolnega razpada kombinacije bodisi z interakcijo dveh komponent soli.
Trdno sredstvo delujepomembna funkcija. Ker nastane kot posledica precipitacijske reakcije in se imenuje oborina. Trdna snov se uporablja za čiščenje, odstranjevanje ali ekstrakcijo soli. In tudi za proizvodnjo pigmentov in identifikacijo snovi v kvalitativni analizi.
Padavine proti padavinam, konceptualni okvir
Terminologija je lahko nekoliko zmedena. Takole deluje: Nastajanje trdne snovi iz raztopine se imenuje oborina. In kemična komponenta, ki prebudi trdo razgradnjo v tekočem stanju, se imenuje oborina. Če je velikost delcev netopne spojine zelo majhna ali če gravitacija ne zadostuje, da bi kristalno komponento potegnila na dno posode, se lahko oborina enakomerno porazdeli po tekočini in tvori suspenzijo. Sedimentacija se nanaša na kateri koli postopek, ki loči usedlino od vodnega dela raztopine, ki se imenuje supernatant. Pogosta metoda sedimentacije je centrifugiranje. Ko se oborina odstrani, lahko nastali prah imenujemo "cvet".
Še en primer oblikovanja obveznic
Mešanje srebrovega nitrata in natrijevega klorida v vodi povzroči, da se srebrov klorid obori iz raztopine kot trdna snov. To pomeni, da je v tem primeru oborina holesterol.
Ko pišete kemično reakcijo, lahko prisotnost padavin označite z naslednjo znanstveno formulo s puščico navzdol.
Uporaba padavin
Te komponente je mogoče uporabiti za identifikacijo kationa ali aniona v soli kot del kvalitativne analize. Znano je, da prehodne kovine tvorijo različne barve oborine, odvisno od njihove elementarne identitete in oksidacijskega stanja. Precipitacijske reakcije se uporabljajo predvsem za odstranjevanje soli iz vode. In tudi za izbor izdelkov in za pripravo pigmentov. V nadzorovanih pogojih reakcija obarjanja proizvede čiste kristale oborine. V metalurgiji se uporabljajo za utrjevanje zlitin.
Kako pridobiti usedlino
Za pridobivanje trdne snovi se uporablja več metod obarjanja:
- Filtriranje. Pri tem se raztopina, ki vsebuje oborino, vlije na filter. V idealnem primeru trdna snov ostane na papirju, medtem ko tekočina prehaja skozi njo. Posodo lahko sperete in prelijete čez filter, da olajšate okrevanje. Vedno je nekaj izgube, bodisi zaradi raztapljanja v tekočini, prehoda skozi papir ali zaradi oprijema na prevodni material.
- Centrifugiranje: To dejanje hitro zavrti raztopino. Da bi tehnika delovala, mora biti trdna oborina gostejša od tekoče. Zgoščeno komponento lahko dobimo tako, da izlijemo vso vodo. Običajno so izgube manjše kot pri filtriranju. Centrifugiranje dobro deluje pri majhnih velikostih vzorcev.
- Dekantiranje: to dejanje izlije tekočo plast ali jo izsesa iz usedline. V nekaterih primerih se doda dodatno topilo za ločitev vode od trdne snovi. Dekant se lahko uporablja s celotno komponento po centrifugiranju.
Staranje padavin
Proces, imenovan prebava, se pojavi, kosveža trdna snov ostane v svoji raztopini. Običajno se temperatura celotne tekočine dvigne. Improvizirana prebava lahko proizvede večje delce z visoko čistostjo. Proces, ki vodi do tega rezultata, je znan kot "Ostwaldovo zorenje".
