Осадки (химия)

В водном растворе осаждение — это «осаждение твердого материала (осадка) из жидкого 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, также называется надосадочной жидкостью или надосадочной жидкостью .

Понятие осаждения также можно распространить на другие области химии ( органическую химию и биохимию ) и даже применить к твердым фазам (например, металлургии и сплавам ), когда твердые примеси отделяются от твердой фазы.

Пересыщение

Осаждение соединения может произойти, когда его концентрация превышает его растворимость . Это может быть связано с изменением температуры, испарением растворителя или смешиванием растворителей. Осаждение происходит быстрее из сильно пересыщенного раствора.

Образование осадка может быть вызвано химической реакцией. При хлорида бария взаимодействии раствора с серной кислотой белый осадок сульфата бария образуется . При йодида калия взаимодействии раствора с раствором нитрата свинца(II) желтый осадок йодида свинца(II) образуется .

Неорганическая химия

Образование осадка полезно для определения типа катиона в соли . Для этого щелочь сначала реагирует с неизвестной солью с образованием осадка, представляющего собой гидроксид неизвестной соли. Для идентификации катиона отмечают цвет осадка и его растворимость в избытке. Подобные процессы часто используются последовательно - например, раствор нитрата бария вступает в реакцию с ионами сульфата с образованием твердого осадка сульфата бария , что указывает на вероятность присутствия ионов сульфата.

Типичным примером осаждения из водного раствора является хлорид серебра . При добавлении нитрата серебра (AgNO ₃ ) к раствору хлорида калия (KCl) наблюдается осаждение белого твердого вещества (AgCl). ^[5]^[6]

{\ce {AgNO3 + KCl -> AgCl (v) + KNO3}}

Ионное уравнение позволяет записать эту реакцию, детализируя диссоциированные ионы, присутствующие в водном растворе.

{\ce {Ag+ + NO3^- + K+ + Cl^- -> AgCl (v) + K+ + NO3^-}}

Восстановительные осадки

Восстановитель Вальдена является иллюстрацией реакции восстановления, непосредственно сопровождающейся осаждением менее растворимого соединения из-за его более низкой химической валентности:

{\ce {Cu + 2 Ag+ -> Cu^2+ + 2 Ag}}

Восстановитель Вальдена, изготовленный из крошечных кристаллов серебра , полученных погружением медной проволоки в раствор нитрата серебра, используется для восстановления до более низкой валентности любого иона металла, расположенного выше пары серебра (Ag ⁺ + 1 и ^– → Ag) в шкале окислительно-восстановительного потенциала .

Коллоидные суспензии

Без достаточных сил притяжения ( например , силы Ван-дер-Ваальса ) для объединения твердых частиц вместе и удаления их из раствора под действием силы тяжести ( осаждения ), они остаются во взвешенном состоянии и образуют коллоиды . Седиментацию можно ускорить с помощью высокоскоростного центрифугирования . Полученную таким образом компактную массу иногда называют «таблеткой».

Пищеварение и ускорение старения

Пищеварение, или старение осадка , происходит, когда свежеобразованный осадок остается, обычно при более высокой температуре , в растворе, из которого он выпадает. В результате получаются более чистые и крупные рекристаллизованные частицы. Физико-химический процесс, лежащий в основе пищеварения, называется оствальдовским созреванием . ^[7]^[8]

Органическая химия

Кристаллы *мезо* -тетратолилпорфирина, образующиеся при кипячении пропионовой кислоты , осаждаются при охлаждении. Фотография воронки Бюхнера на колбе Бюхнера .

Хотя реакции осаждения можно использовать 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 выпадает в осадок по мере образования, предпочтительно образуя чистые кристаллы . Примером этого может быть синтез порфиринов в кипящей пропионовой кислоте . При охлаждении реакционной смеси до комнатной температуры кристаллы порфирина осаждаются и собираются фильтрованием на фильтре Бюхнера, как показано на фотографии рядом: ^[9]

Осаждение также может происходить при добавлении антирастворителя (растворителя, в котором продукт нерастворим), что резко снижает растворимость желаемого продукта. После этого осадок можно легко отделить декантацией , фильтрованием или центрифугированием . Примером может служить синтез Cr ³⁺хлорид тетрафенилпорфирина добавляют воду , и продукт выпадает в осадок. : к раствору диметилформамида (ДМФ) , в котором произошла реакция, ^[10] Осаждение полезно при очистке многих других продуктов: например , сырой bmim -Cl растворяется в ацетонитриле и по каплям в этилацетат , где он выпадает в осадок. ^[11]

Биохимия

Очистку и разделение белков можно осуществлять методом осаждения при изменении природы растворителя или значения его относительной диэлектрической проницаемости ( например , путем замены воды на этанол ) или путем увеличения ионной силы раствора. Поскольку белки имеют сложную третичную и четвертичную структуру из-за их специфической укладки и различных слабых межмолекулярных взаимодействий ( например , водородных мостиков), эти сверхструктуры могут быть модифицированы, а белки денатурированы и преципитированы. применение антирастворителя — осаждение ДНК Другое важное этанолом .

Металлургия и сплавы

В твердых фазах осаждение происходит, если концентрация одного твердого вещества превышает предел растворимости в твердом веществе-хозяине, например, из-за быстрого гашения или ионная имплантация , 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 .

Выделение керамических фаз в металлических сплавах, таких как гидриды циркония, в циркалойной оболочке ядерных твэлов также может сделать металлические сплавы хрупкими и привести к их механическому разрушению. Поэтому правильное соблюдение точного температурно-барического режима при охлаждении отработавшего ядерного топлива имеет важное значение для предотвращения повреждения его оболочек и сохранения целостности отработавших твэлов на длительный срок в сухих контейнерах хранения и в условиях геологического захоронения.

Промышленные процессы

Осаждение гидроксидом, 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

Порошки, полученные в результате различных процессов осаждения, также исторически были известны как «цветы».

См. также

Ссылки

^ «осадки» . Золотая книга ИЮПАК .
^ «Химическое осаждение» . Британская энциклопедия . Проверено 28 ноября 2020 г.
^ «осаждать» . Словарь Merriam-Webster.com . Проверено 28 ноября 2020 г.
^ «осадитель» . Словарь Merriam-Webster.com . Проверено 28 ноября 2020 г.
^ Зумдал, Стивен С.; ДеКост, Дональд Дж. (2012). Химические принципы . Cengage Обучение. ISBN 978-1-133-71013-4 .
^ Зумдал, Стивен С.; ДеКост, Дональд Дж. (2018). Вводная химия: основа . Cengage Обучение. ISBN 978-1-337-67132-3 .
^ Венгренович, Р.Д. (1982). «О теории созревания Оствальда». Акта Металлургика . 30 (6): 1079–1086. дои : 10.1016/0001-6160(82)90004-9 . ISSN 0001-6160 .
^ Вурхис, PW (1985). «Теория созревания Оствальда». Журнал статистической физики . 38 (1–2): 231–252. Бибкод : 1985JSP....38..231В . дои : 10.1007/BF01017860 . ISSN 0022-4715 . S2CID 14865117 .
^ А.Д. Адлер; Ф. Р. Лонго; Дж. Д. Финарелли; Дж. Гольдмахер; Дж. Ассур; Л. Корсаков (1967). «Упрощенный синтез мезо-тетрафенилпорфина». Дж. Орг. хим. 32 (2): 476. doi : 10.1021/jo01288a053 .
^ Алан Д. Адлер; Фредерик Р. Лонго; Фрэнк Кампас; Джин Ким (1970). «О получении металлопорфиринов». Журнал неорганической и ядерной химии . 32 (7): 2443. doi : 10.1016/0022-1902(70)80535-8 .
^ Дюпон Дж., Консорти К., Суарес П., де Соуза Р. (2004). «Приготовление ионных жидкостей комнатной температуры на основе 1-бутил-3-метилимидазолия» . Органические синтезы {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link); Сборник томов , т. 10, с. 184 .
^ Дхара, С. (2007). «Формирование, динамика и характеристика наноструктур при ионном облучении». Критические обзоры по наукам о твердом теле и материалах . 32 (1): 1–50. Бибкод : 2007CRSSM..32....1D . дои : 10.1080/10408430601187624 . S2CID 98639891 .

Дальнейшее чтение

Зумдал, Стивен С. (2005). Химические принципы (5-е изд.). Нью-Йорк: Хоутон Миффлин. ISBN 0-618-37206-7 .

Внешние ссылки

[1] «осадки» . Золотая книга ИЮПАК .

[2] «Химическое осаждение» . Британская энциклопедия . Проверено 28 ноября 2020 г.

[3] «осаждать» . Словарь Merriam-Webster.com . Проверено 28 ноября 2020 г.

[4] «осадитель» . Словарь Merriam-Webster.com . Проверено 28 ноября 2020 г.

[ZumdahlDeCoste2012-5] Зумдал, Стивен С.; ДеКост, Дональд Дж. (2012). Химические принципы . Cengage Обучение. ISBN 978-1-133-71013-4 .

[ZumdahlDeCoste2018-6] Зумдал, Стивен С.; ДеКост, Дональд Дж. (2018). Вводная химия: основа . Cengage Обучение. ISBN 978-1-337-67132-3 .

[Vengrenovitch1982-7] Венгренович, Р.Д. (1982). «О теории созревания Оствальда». Акта Металлургика . 30 (6): 1079–1086. дои : 10.1016/0001-6160(82)90004-9 . ISSN 0001-6160 .

[Voorhees1985-8] Вурхис, PW (1985). «Теория созревания Оствальда». Журнал статистической физики . 38 (1–2): 231–252. Бибкод : 1985JSP....38..231В . дои : 10.1007/BF01017860 . ISSN 0022-4715 . S2CID 14865117 .

[9] А.Д. Адлер; Ф. Р. Лонго; Дж. Д. Финарелли; Дж. Гольдмахер; Дж. Ассур; Л. Корсаков (1967). «Упрощенный синтез мезо-тетрафенилпорфина». Дж. Орг. хим. 32 (2): 476. doi : 10.1021/jo01288a053 .

[10] Алан Д. Адлер; Фредерик Р. Лонго; Фрэнк Кампас; Джин Ким (1970). «О получении металлопорфиринов». Журнал неорганической и ядерной химии . 32 (7): 2443. doi : 10.1016/0022-1902(70)80535-8 .

[11] Дюпон Дж., Консорти К., Суарес П., де Соуза Р. (2004). «Приготовление ионных жидкостей комнатной температуры на основе 1-бутил-3-метилимидазолия» . Органические синтезы {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link); Сборник томов , т. 10, с. 184 .

[12] Дхара, С. (2007). «Формирование, динамика и характеристика наноструктур при ионном облучении». Критические обзоры по наукам о твердом теле и материалах . 32 (1): 1–50. Бибкод : 2007CRSSM..32....1D . дои : 10.1080/10408430601187624 . S2CID 98639891 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]