Zrazenina alebo chemické zrážanie je proces, ktorý spočíva v tvorbe nerozpustné pevnej látky zo zmesi dvoch homogénnych roztokov. Na rozdiel od zrážok dažďa a snehu, pri tomto druhu zrážok „prší“ z povrchu kvapaliny.
V dvoch homogénnych roztokoch sú ióny rozpustené vo vode. Ak tieto interagujú s inými iónmi (v čase miešania), ich elektrostatické interakcie umožňujú rast kryštálu alebo želatínovej pevnej látky. V dôsledku gravitácie sa táto pevná látka nakoniec nanáša na spodok skleneného materiálu.
Zrážky sa riadia iónovou rovnováhou, ktorá závisí od mnohých premenných: od koncentrácie a povahy zasahujúcich druhov až po teplotu vody a povolený čas kontaktu tuhej látky s vodou.
Okrem toho nie všetky ióny sú schopné vytvoriť túto rovnováhu, alebo čo je rovnaké, nie všetky môžu nasýtiť roztok pri veľmi nízkych koncentráciách. Napríklad na vyzrážanie NaCl je potrebné vodu odpariť alebo pridať viac soli.
Nasýtený roztok znamená, že už nemôže rozpustiť viac tuhej látky, takže sa zráža. Z tohto dôvodu je zrážanie tiež jasným znakom nasýtenia roztoku.
Zrážková reakcia
Ak vezmeme do úvahy roztok s rozpustenými iónmi A a ďalšie s iónmi B, keď sa zmiešajú, chemická rovnica reakcie predpovedá:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Je však „takmer“ nemožné, aby boli A a B spočiatku samotné, čo nevyhnutne vyžaduje, aby boli sprevádzané ďalšími iónmi s opačnými nábojmi.
V tomto prípade, A + tvorí rozpustné zlúčeniny s C - druh a B - robí to isté s D + druhu . Chemická rovnica tak teraz pridáva nový druh:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Druhy A + nahradia druhy D + za vzniku pevného AB; druh C - nahradí B - a vytvorí rozpustný pevný DC.
To znamená, že dochádza k dvojitému vysídleniu (metatézová reakcia). Zrážacia reakcia je teda dvojitou iónovou vytesňovacou reakciou.
V príklade na obrázku vyššie kadička obsahuje zlaté kryštály jodidu olova (II) (PbI 2 ), produkt tzv. Reakcie „zlatá sprcha“:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2 Kráľ (aq) => PBI 2 (S) + 2KNO 3 (aq)
V súlade s predchádzajúcou rovnice A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + a B = I - .
Tvorba zrazeniny
Steny kadičky ukazujú kondenzovanú vodu z intenzívneho tepla. Na aký účel sa voda zohrieva? Spomaliť proces tvorby kryštálov PbI 2 a zvýrazniť efekt zlatej sprchy.
Pri stretnutí dvoch I - anióny , Pb 2+ kačné formy malé jadro z troch iónov, čo nestačí na vybudovanie kryštál. Podobne sa v iných oblastiach riešenia zhromažďujú ďalšie ióny za vzniku jadier; Tento proces je známy ako nukleácia.
Tieto jadrá priťahujú ďalšie ióny, a preto rastú tak, že vytvárajú koloidné častice, ktoré sú zodpovedné za žlté zakalenie roztoku.
Rovnakým spôsobom tieto častice interagujú s ostatnými, aby spôsobili zrazeniny, a tieto sa zrážajú s ostatnými, aby konečne vznikli zrazeniny.
Avšak, keď k tomu dôjde, zrazenina je želatínová, s jasnými náznakmi, že niektoré kryštály „putujú“ cez roztok. Je to tak preto, že rýchlosť nukleace je vyššia ako rast jadier.
Na druhej strane, maximálny rast jadra sa odráža v brilantnom kryštáli. Na zabezpečenie tohto kryštálu musí byť roztok mierne presýtený, čo sa dosiahne zvýšením teploty pred zrážaním.
Keď sa teda roztok ochladí, jadrá majú dostatok času na rast. Ďalej, pretože koncentrácia solí nie je príliš vysoká, teplota riadi proces nukleácie. V dôsledku toho obe premenné ťažiť vzhľad PBI 2 kryštály .
Produkt rozpustnosti
PbI 2 vytvára rovnováhu medzi ním a iónmi v roztoku:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Konštancia tejto rovnováhy sa nazýva konštanta produktu rozpustnosti, K ps . Pojem „produkt“ označuje násobenie koncentrácií iónov, ktoré tvoria pevnú látku:
K ps = 2
Tu je tuhá látka tvorená iónmi vyjadrenými v rovnici; v týchto výpočtoch sa však nepovažuje za solídny.
Koncentrácia Pb 2+ iónov a I - ióny sa rovnajú rozpustnosti PBI 2 . To znamená, že stanovením rozpustnosti jedného z nich je možné vypočítať rozpustnosť druhého a konštantu K ps .
Aké sú hodnoty K ps pre zlúčeniny s nízkou rozpustnosťou vo vode? Je to miera stupňa nerozpustnosti zlúčeniny pri určitej teplote (25 ° C). Čím menší je Kps , tým viac je nerozpustný.
Porovnaním tejto hodnoty s hodnotami iných zlúčenín je preto možné predpovedať, ktorý pár (napr. AB a DC) sa najskôr vyzráža. V prípade hypotetickej zlúčeniny DC môže byť jej Kps taká vysoká, že na vyzrážanie vyžaduje vyššie koncentrácie D + alebo C - v roztoku.
Toto je kľúč k tomu, čo sa nazýva čiastkové zrážanie. Podobne, s vedomím Kps pre nerozpustnú soľ, sa môže vypočítať minimálne množstvo, ktoré sa má zrážať v jednom litri vody.
V prípade KNO 3 však takáto rovnováha neexistuje, takže jej chýba K ps . V skutočnosti je to vysoko rozpustná soľ vo vode.
Príklady
Zrážkové reakcie sú jedným z procesov, ktoré obohacujú svet chemických reakcií. Niektoré ďalšie príklady (okrem zlatej sprchy) sú:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Horný obrázok ilustruje tvorbu zrazeniny bieleho chloridu strieborného. Väčšina zlúčenín striebra má zvyčajne biele farby.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCL (aq)
Vytvorí sa biela zrazenina síranu bárnatého.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (S) + Na 2 SO 4 (aq)
Vytvorí sa modrastá zrazenina dibázického síranu meďnatého.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Vytvorí sa oranžová zrazenina chrómanu strieborného.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Vytvorí sa biela zrazenina uhličitanu vápenatého, tiež známa ako vápenec.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => fe (OH) 3 (S) + 3NaNO 3 (aq)
Nakoniec sa vytvorí oranžová zrazenina hydroxidu železitého. Týmto spôsobom zrážacie reakcie produkujú akúkoľvek zlúčeninu.
Referencie
- Day, R., & Underwood, A. Kvantitatívna analytická chémia (5. vydanie). PEARSON Prentice Hall, s. 97-103.
- Der Kreole. (6. marca 2011). Zlatý dážď. , Zdroj: 18. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (9. apríla 2017). Definícia reakcie zrážok. Zdroj: 18. apríla 2018, z: thinkco.com
- Princíp le Châtelier: Zrážky. Získané 18. apríla 2018, z: digipac.ca
- Botch. Chemické reakcie I: Čisté iónové rovnice. Zdroj: 18. apríla 2018, z: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8. októbra 2012). Chlorid strieborný (AgCl). , Zdroj: 18. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 150, 153, 776-786.