ฝน: ปฏิกิริยาและตัวอย่างของการเร่งรัด
การตกตะกอน หรือการ ตกตะกอนทางเคมี เป็นกระบวนการที่ประกอบด้วยการก่อตัวของของแข็งที่ไม่ละลายน้ำจากการผสมของสองโซลูชั่นที่เป็นเนื้อเดียวกัน ไม่เหมือนกับฝนและหิมะที่ตกลงมาในการเร่งรัดประเภทนี้ "ฝนตกหนัก" จากพื้นผิวของของเหลว
ในสารละลายสองตัวที่เป็นเนื้อเดียวกันไอออนจะละลายในน้ำ เมื่อสิ่งเหล่านี้มีปฏิกิริยากับไอออนอื่น ๆ (ในเวลาที่ผสม) ปฏิกิริยาของพวกเขาจะช่วยให้การเจริญเติบโตของผลึกหรือเจลาตินที่เป็นของแข็ง ผลที่ตามมาจากแรงโน้มถ่วงของแข็งนี้จะเกิดการสะสมที่ด้านล่างของวัสดุแก้ว
การตกตะกอนอยู่ภายใต้ความสมดุลของไอออนิกซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง: จากความเข้มข้นและธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ จนถึงอุณหภูมิของน้ำและเวลาสัมผัสที่เป็นของแข็งกับน้ำ
ยิ่งไปกว่านั้นไอออนทั้งหมดไม่สามารถสร้างสมดุลนี้หรืออะไรที่เหมือนกันก็ไม่สามารถทำให้สารละลายอิ่มตัวที่ความเข้มข้นต่ำมาก ตัวอย่างเช่นในการเร่งรัด NaCl การระเหยของน้ำหรือการเพิ่มเกลือเป็นสิ่งที่จำเป็น
สารละลายอิ่มตัวหมายความว่ามันไม่สามารถละลายของแข็งได้อีกต่อไปดังนั้นจึงตกตะกอน ด้วยเหตุนี้การตกตะกอนก็เป็นสัญญาณที่ชัดเจนว่าสารละลายนั้นอิ่มตัว
ปฏิกิริยาการตกตะกอน
พิจารณาวิธีการแก้ปัญหาด้วยการละลายของไอออนและอื่น ๆ ที่มี B ไอออนเมื่อผสมสมการทางเคมีของปฏิกิริยาที่คาดการณ์:
A + (ac) + B- (ac) AB (s)
อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้ที่ "เกือบ" เป็นไปไม่ได้สำหรับ A และ B ที่จะอยู่คนเดียวในตอนแรกจำเป็นต้องมีไอออนอื่นที่มีประจุตรงข้าม
ในกรณีนี้ A + จะเกิดสารประกอบที่ละลายได้กับสปีชีส์ C และ B- ก็จะทำเช่นเดียวกันกับสปีชีส์ D + ดังนั้นสมการทางเคมีจึงเพิ่มสายพันธุ์ใหม่:
AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)
สายพันธุ์ A + แทนที่สายพันธุ์ D + เพื่อสร้าง AB แบบทึบ ในทางกลับกันชนิด C- แทนที่ B- เพื่อสร้าง DC ของแข็งที่ละลายน้ำได้
นั่นคือการกำจัดสองครั้งเกิดขึ้น (ปฏิกิริยา metathesis) จากนั้นปฏิกิริยาการตกตะกอนเป็นปฏิกิริยาการกำจัดไอออนแบบคู่
สำหรับตัวอย่างในภาพด้านบนบีกเกอร์มีผลึกสีทองของตะกั่ว (II) ไอโอไดด์ (PbI 2 ) ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่เรียกว่า 'ฝนทอง':
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
ตามสมการก่อนหน้า A = Pb2 +, C- = NO 3 -, D = K + และ B = I-
การก่อตัวของฝน
ผนังของบีกเกอร์แสดงน้ำควบแน่นเป็นผลมาจากความร้อนจัด น้ำอุ่นใช้เพื่อจุดประสงค์อะไร? เพื่อชะลอกระบวนการก่อตัวของผลึก PbI 2 และเน้นผลของฝนทอง
เมื่อเผชิญหน้ากับสองไอออนประจุบวก Pb2 + จะก่อตัวเป็นนิวเคลียสเล็ก ๆ ของไอออนสามตัวซึ่งไม่เพียงพอที่จะสร้างผลึก เช่นเดียวกันในภูมิภาคอื่น ๆ ของการแก้ปัญหาไอออนอื่น ๆ ก็รวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นนิวเคลียส กระบวนการนี้เรียกว่านิวคลีออน
นิวเคลียสเหล่านี้ดึงดูดไอออนอื่น ๆ และทำให้เกิดเป็นอนุภาคคอลลอยด์ซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดเมฆสีเหลืองของการแก้ปัญหา
ในทำนองเดียวกันอนุภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยากับผู้อื่นเพื่อทำให้เกิดการอุดตันและอุดตันเหล่านี้กับผู้อื่นเพื่อให้เกิดการตกตะกอนในที่สุด
อย่างไรก็ตามเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นการตกตะกอนเป็นผลมาจากชนิดเจลาตินด้วยผลึกที่สว่างของผลึกบางชนิด "พเนจร" ผ่านทางสารละลาย นี่เป็นเพราะความเร็วนิวเคลียสมากกว่าการเติบโตของนิวเคลียส
ในทางกลับกันการเติบโตสูงสุดของนิวเคลียสนั้นจะสะท้อนออกมาในคริสตัลใส เพื่อรับประกันคริสตัลนี้วิธีการแก้ปัญหาจะต้องมีความอิ่มตัวเล็กน้อยซึ่งทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิก่อนการตกตะกอน
ดังนั้นเมื่อวิธีการแก้ปัญหาเย็นลงแกนมีเวลาพอที่จะเติบโต นอกจากนี้เมื่อความเข้มข้นของเกลือไม่สูงมากอุณหภูมิจะควบคุมกระบวนการนิวคลีออน ดังนั้นตัวแปรทั้งสองจึงมีประโยชน์ต่อการปรากฏตัวของผลึก PbI 2
ผลิตภัณฑ์ที่ละลายได้
PbI 2 สร้างสมดุลระหว่างสิ่งนี้กับไอออนในสารละลาย:
PbI 2 (PbI) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)
ค่าคงที่ของความสมดุลนี้เรียกว่าค่าคงที่ของผลิตภัณฑ์ของการละลาย K ps คำว่า "ผลิตภัณฑ์" หมายถึงการคูณความเข้มข้นของไอออนที่ประกอบเป็นของแข็ง:
K ps = [Pb2 +] [I-] 2
ที่นี่ของแข็งประกอบด้วยไอออนที่แสดงออกในสมการ อย่างไรก็ตามมันไม่ได้พิจารณาความแข็งแกร่งในการคำนวณเหล่านี้
ความเข้มข้นของ Pb2 + ไอออนและไอออนเท่ากับความสามารถในการละลายของ PbI 2 นั่นคือโดยการพิจารณาความสามารถในการละลายของสิ่งเหล่านี้สามารถคำนวณได้จากอีกอันและค่าคงที่ K ps
K ps มีค่าอย่างไรสำหรับสารประกอบที่ละลายในน้ำไม่กี่ชนิด เป็นการวัดระดับความไม่ละลายของสารประกอบที่อุณหภูมิหนึ่ง (25ºC) ดังนั้นยิ่ง K ps มีขนาดเล็กเท่าใดมันก็จะไม่ละลายน้ำมากขึ้นเท่านั้น
ดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบค่านี้กับสารประกอบอื่น ๆ แล้วสามารถทำนายได้ว่าคู่ใด (เช่น AB และ DC) จะตกตะกอนก่อน ในกรณีของสารประกอบ DC สมมุติฐาน K ps ของมันอาจสูงมากเพื่อที่จะตกตะกอนมันต้องการความเข้มข้นที่สูงขึ้นของสารละลาย D + หรือ C-
นี่คือกุญแจสู่สิ่งที่เรียกว่าการตกตะกอนแบบแยกส่วน นอกจากนี้การรู้ K ps สำหรับเกลือที่ไม่ละลายน้ำสามารถคำนวณปริมาณขั้นต่ำเพื่อทำให้ตกตะกอนในน้ำหนึ่งลิตร
อย่างไรก็ตามในกรณีของ KNO 3 ไม่มีความสมดุลดังกล่าวจึงขาด K ps ในความเป็นจริงมันเป็นเกลือละลายในน้ำอย่างมาก
ตัวอย่าง
ปฏิกิริยาการตกตะกอนเป็นหนึ่งในกระบวนการที่เสริมสร้างโลกของปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างเพิ่มเติม (นอกเหนือจากฝนทอง) คือ:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
ภาพด้านบนแสดงการก่อตัวของตะกอนสีขาวของซิลเวอร์คลอไรด์ โดยทั่วไปสารประกอบเงินส่วนใหญ่จะมีสีขาว
BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (ac) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)
เกิดการตกตะกอนสีขาวของแบเรียมซัลเฟต
2CONSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (ac)
ตะกอนสีฟ้าของ dibasic sulfate copper (II) เกิดขึ้น
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)
เกิดการตกตะกอนสีส้มของซิลเวอร์โครเมต
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
เกิดการตกตะกอนสีขาวของแคลเซียมคาร์บอเนตหรือที่เรียกว่าหินปูน
เฟ (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
ในที่สุดตะกอนสีส้มของไฮดรอกไซเหล็ก (III) จะเกิดขึ้น ด้วยวิธีนี้ปฏิกิริยาการตกตะกอนผลิตสารประกอบใด ๆ
