A csapadék vagy a kémiai kicsapás egy olyan eljárás, amelyben oldhatatlan szilárd anyag képződik két homogén oldat keverékéből. Az esők és a hó csapadékával ellentétben az ilyen csapadékban „szilárd eső esik” a folyadék felületéről.
Két homogén oldatban az ioneket vízben oldják. Amikor ezek kölcsönhatásba lépnek más ionokkal (a keverés időpontjában), elektrosztatikus kölcsönhatásuk lehetővé teszi egy kristály vagy zselés szilárd anyag növekedését. A gravitáció hatására ez a szilárd anyag végül lerakódik az üveg aljára.
A csapadékot egy ionos egyensúly szabályozza, amely számos változótól függ: a beavatkozó fajok koncentrációjától és jellegétől a vízhőmérséklettől és a szilárd anyag megengedett érintkezési idejének a vízzel való érintkezésétől kezdve.
Ezenkívül nem minden ion képes megteremteni ezt az egyensúlyt, vagy ami ugyanaz, nem mindegyik képes nagyon alacsony koncentrációban telíteni az oldatot. Például a nátrium-klorid kicsapásához el kell párologtatni a vizet, vagy további sót kell hozzáadni.
A telített oldat azt jelenti, hogy már nem képes feloldódni szilárd anyagként, így csapadék válik ki. Éppen ezért a csapadék egyértelmű jele annak, hogy az oldat telített.
Csapadék reakció
Figyelembe véve az oldott A-ionokkal és a másik B-ionokkal való oldatot, ha keverednek, a reakció kémiai egyenlete megjósolja:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (k)
Azonban "szinte" lehetetlen, hogy A és B kezdetben egyedül legyenek, szükségszerűen más ellenkező töltésű ionokkal kell kísérniük.
Ebben az esetben, A + képez oldható vegyületet a C - fajok, és a B - nem ugyanaz a D + fajok. Így a kémiai egyenlet hozzáadja az új fajokat:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Az A + faj kiszorítja a D + fajt, hogy szilárd AB legyen; viszont a C fajta - B helyettesíti - oldható szilárd DC-t képez.
Vagyis kettős elmozdulások fordulnak elő (metatézis reakció). A kicsapódási reakció tehát kettős ion-elmozdulási reakció.
A fenti képen látható, hogy a főzőpoharat ólom (II) -jodid (PbI 2) aranykristályai tartalmazzák, az úgynevezett "arany zuhany" reakció terméke:
Pb (NO 3) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Az előző egyenlet szerint A = Pb 2+, C - = NO 3 -, D = K + és B = I -.
A csapadék képződik
A főzőpohara falai kondenzvizet mutatnak az erős hő hatására. Milyen célra fűtik a vizet? A PbI 2 kristályok képződési folyamatának lassítása és az aranyzuhany hatásának hangsúlyozása érdekében.
Mikor találkozó két I - anionok, Pb 2+ kation formák egy kis magja három ionok, ami nem elég ahhoz, hogy építsenek egy kristály. Hasonlóképpen, az oldat más régióiban más ionok is összegyűlnek, hogy magokat képezzenek; Ezt a folyamatot nukleációnak nevezik.
Ezek a magok más ionokat vonzanak, és így kolloid részecskékké nőnek, amelyek felelősek az oldat sárga zavarosságáért.
Ugyanezen módon ezek a részecskék kölcsönhatásba lépnek másokkal, és véralvadást okoznak, és ezek a részecskék másokkal végül a csapadékot képezik.
Amikor ez megtörténik, a csapadék zselatinos, néhány kristály fényes észlelésével, amelyek az oldaton "kóborolnak". Ennek oka az, hogy a magképződési sebesség nagyobb, mint a magok növekedése.
Másrészt a mag maximális növekedése egy ragyogó kristályban tükröződik. Ennek a kristálynak a garantálása érdekében az oldatnak enyhén túltelítettnek kell lennie, amit a csapadék előtti hőmérséklet növelésével lehet elérni.
Így az oldat lehűlésekor a magoknak elegendő idejük van a növekedésre. Ezenkívül, mivel a sók koncentrációja nem túl magas, a hőmérséklet szabályozza a magképződési folyamatot. Következésképpen mindkét változó elősegíti a PbI 2 kristályok megjelenését.
Oldékonysági termék
A PbI 2 egyensúlyt teremt közte és az oldatban lévő ionok között:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Ennek az egyensúlynak a konstansát oldhatósági szorzónak nevezzük, K ps. A "termék" kifejezés a szilárd anyagot alkotó ionok koncentrációjának szorzására utal:
K ps = 2
Itt a szilárd anyag az egyenletben kifejezett ionokból áll; ezekben a számításokban azonban nem veszi figyelembe a szilárd anyagot.
A koncentrációkat a Pb 2+ ionok és I - ionok egyenlő a oldhatóságát PBI 2. Vagyis úgy, hogy meghatározzuk ezek egyikének, a másiknak az oldhatóságát, és kiszámolható a K ps állandó.
Mire vonatkoznak az alacsony vízoldhatóságú vegyületek K ps értékei ? Ez a vegyület oldhatatlanságának mértéke egy bizonyos hőmérsékleten (25ºC). Így minél kisebb a K ps, annál oldhatatlanabb.
Ezért összehasonlítva ezt az értéket más vegyületekkel, megjósolható, melyik pár (pl. AB és DC) csapódik ki előbb. Abban az esetben, a hipotetikus vegyület DC, annak K ps olyan magas lehet, hogy megköveteli a nagyobb koncentrációjú D + vagy C - oldatban a csapadék.
Ez a kulcs a frakcionált csapadéknak. Hasonlóképpen, ha ismeri az oldhatatlan só K ps értékét, kiszámítható annak minimális mennyisége, amely egy liter vízben kicsapódik.
A KNO 3 esetében azonban nincs ilyen egyensúly, tehát hiányzik K ps. Valójában ez egy vízben jól oldódó só.
Példák
A csapadékreakciók egyike azoknak a folyamatoknak, amelyek gazdagítják a kémiai reakciók világát. Néhány további példa (az arany zuhany mellett):
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
A felső kép a fehér ezüst-klorid csapadék képződését szemlélteti. Általában a legtöbb ezüstvegyület fehér színű.
BaCI 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Fehér bárium-szulfát csapadék képződik.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
A bázisos réz (II) -szulfát kékes csapadéka képződik.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Ezüst kromát narancssárga csapadék képződik.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
A kalcium-karbonát fehér csapadékja, más néven mészkő.
Fe (NO 3) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Végül a (III) -hidroxid narancssárga csapadéka képződik. Ilyen módon a kicsapási reakciók bármely vegyületet eredményeznek.
Irodalom
- Day, R., és Underwood, A. Kvantitatív analitikai kémia (5. kiadás). PEARSON Prentice Hall, 97–103.
- Der Kreole. (2011. március 6.). Arany eső.. Visszakeresve: 2018. április 18-án, a következő helyről: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2017. április 9.). Csapadék reakció meghatározása. Beolvasva: 2018. április 18-án, a (z) gondola.com webhelyről
- le Châtelier alapelve: Csapadék reakciók. Beolvasva: 2018. április 18-án, a következő helyről: digipac.ca
- Botch prof. Kémiai reakciók I: Nettó ionos egyenletek. Visszakeresve: 2018. április 18-án, a következő helyről: lecdemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (2012. október 8.). Ezüst-klorid (AgCl).. Visszakeresve: 2018. április 18-án, a következő helyről: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 150., 153., 776–786.