Srážky (chemie) - Precipitation (chemistry)
Ve vodném roztoku je srážení proces přeměny rozpuštěné látky na nerozpustnou pevnou látku ze super nasyceného roztoku . Vytvořená pevná látka se nazývá sraženina . V případě anorganické chemické reakce vedoucí ke srážení se chemické činidlo způsobující tvorbu pevné látky nazývá srážecí činidlo .
Čirá kapalina zbývající nad vysráženou nebo odstředěnou pevnou fází je „ supernatant“ nebo „ supernatant“ .
Pojem srážení lze také rozšířit na další oblasti chemie (organická chemie a biochemie) a dokonce je lze aplikovat na pevné fáze ( např . Metalurgii a slitiny), když se pevné nečistoty segregují z pevné fáze.
Přesycení
K vysrážení sloučeniny může dojít, když její koncentrace překročí její rozpustnost . To může být způsobeno teplotními změnami, odpařováním rozpouštědla nebo smícháním rozpouštědel. Srážení probíhá rychleji ze silně přesyceného roztoku.
Vznik sraženiny může být způsoben chemickou reakcí. Když roztok chloridu barnatého reaguje s kyselinou sírovou , vytvoří se bílá sraženina síranu barnatého . Když roztok jodidu draselného reaguje s roztokem dusičnanu olovnatého , vytvoří se žlutá sraženina jodidu olovnatého .
Nukleace
Důležitou fází procesu srážení je nástup nukleace . Vytvoření pevné částice znamená vytvoření rozhraní s roztokem. To zahrnuje energetické změny v závislosti na disoluční reakci volné energie ( endotermický nebo exotermický proces doprovázený nárůstem entropie ) a relativní povrchové energii vyvinuté mezi pevnou látkou a roztokem. Pokud nejsou energetické změny příznivé nebo bez vhodných nukleačních míst, nedojde ke srážení a roztok zůstane přesycený.
Anorganická chemie
Srážení ve vodném roztoku
Běžným příkladem srážecí reakce ve vodném roztoku je chlorid stříbrný . Když se do roztoku chloridu draselného (KCl) přidá dusičnan stříbrný (AgNO 3 ), pozoruje se srážení bílé pevné látky (AgCl).
Iontové rovnice umožňuje zapsat tuto reakci detaily jsou disociované ionty předloží ve vodném roztoku.
Redukční srážky
Walden reduktor je ilustrace redukční reakce přímo v doprovodu vysrážení méně rozpustné sloučeniny z důvodu jeho nižší chemické valence:
Walden reduktor vyrobeny z malých stříbrných krystalů získaných ponoření měděného drátu do roztoku dusičnanu stříbrného se používá ke snížení jejich nižší valence žádné kovové ionty umístěné nad stříbrného páru (Ag + + 1 e - → Ag) v stupnice redoxního potenciálu .
Srážejte barvy
Mnoho sloučenin obsahujících kovové ionty produkuje sraženiny s výraznými barvami. Následuje několik typických barev pro různé kovy. Mnoho z těchto sloučenin však může produkovat barvy velmi odlišné od uvedených.
| Kov | Barva |
|---|---|
| Chrom | Modrá, sytě zelená, temně zelená, oranžová, žlutá, hnědá |
| Kobalt | Růžová (když je hydratovaná) |
| Měď | Modrý |
| Železo (II) | Špinavá zelená |
| Železo (III) | Červenohnědá |
| Mangan | Světle růžová (Mn 2+ ) |
| Nikl | Zelená |
Mnoho sloučenin často tvoří bílé sraženiny.
Kvalitativní analýza aniontů/kationtů
Tvorba sraženiny je užitečná při detekci typu kationtu v soli . Za tímto účelem alkálie nejprve reaguje s neznámou solí za vzniku sraženiny, kterou je hydroxid neznámé soli. K identifikaci kationtu je zaznamenána barva sraženiny a její nadbytečná rozpustnost. Podobné procesy se často používají postupně - například roztok dusičnanu barnatého bude reagovat se síranovými ionty za vzniku pevné sraženiny síranu barnatého , což naznačuje, že je pravděpodobné, že jsou přítomny síranové ionty.
Koloidní suspenze
Bez dostatečných přitažlivých sil ( např . Van der Waalsovy síly ) k agregaci pevných částic dohromady a k jejich odstranění z roztoku gravitací ( usazováním ) zůstávají v suspenzi a tvoří koloidy . Sedimentaci lze urychlit vysokorychlostním odstřeďováním . Takto získaná kompaktní hmotnost se někdy označuje jako „peleta“.
Trávení a urychluje stárnutí
K trávení nebo stárnutí sraženiny dochází, když se v roztoku, ze kterého se vysráží, ponechá čerstvě vytvořená sraženina, obvykle při vyšší teplotě . Výsledkem jsou čistší a větší rekrystalizované částice. Fyzikálně-chemický proces, který je základem trávení, se nazývá Ostwaldovo zrání .
Organická chemie
Zatímco srážecí reakce lze použít k výrobě pigmentů , odstraňování iontů z roztoku při úpravě vody a v klasické kvalitativní anorganické analýze se srážení také běžně používá k izolaci produktů organické reakce během zpracování a čištění. V ideálním případě je produkt reakce nerozpustný v rozpouštědle použitém pro reakci. Při tvorbě se tedy sráží, s výhodou tvoří čisté krystaly . Příkladem může být syntéza porfyrinů v refluxující kyselině propionové . Po ochlazení reakční směsi na teplotu místnosti se krystaly porfyrinové sraženiny shromáždí filtrací na Büchnerově filtru, jak je znázorněno na fotografii zde:
Srážení může také nastat, když se přidá antisolvent (rozpouštědlo, ve kterém je produkt nerozpustný), což drasticky sníží rozpustnost požadovaného produktu. Poté může být sraženina snadno separována dekantací , filtrací nebo centrifugací . Příkladem může být syntéza Cr3 + tetraphenylporphyrinchloridu : k roztoku dimethylformamidu (DMF), ve kterém reakce proběhla, se přidá voda a produkt se vysráží. Srážení je užitečné při čištění mnoha dalších produktů: např . Surový bmim -Cl se nabere v acetonitrilu a nakape se do ethylacetátu , kde se vysráží.
Biochemie
Purifikaci a separaci proteinů lze provést srážením při změně povahy rozpouštědla nebo hodnoty jeho dielektrické konstanty ( např . Nahrazením vody ethanolem ) nebo zvýšením iontové síly roztoku. Protože proteiny mají složité terciární a kvartérní struktury díky svému specifickému skládání a různým slabým mezimolekulárním interakcím ( např . Vodíkové můstky), lze tyto superstruktury modifikovat a proteiny denaturovat a vysrážet. Další důležitou aplikací antirozpouštědla je srážení ethanolem z DNA .
Hutnictví a slitiny
V pevných fázích dochází ke srážení, pokud je koncentrace jedné pevné látky nad mezí rozpustnosti v hostitelské pevné látce, například v důsledku rychlého zhášení nebo iontové implantace , a teplota je dostatečně vysoká, aby difúze mohla vést k segregaci na sraženiny. K syntéze nanoklastrů se běžně používají srážky v pevných látkách .
V metalurgii je srážení z pevného roztoku také způsobem, jak posílit slitiny .
Srážení keramických fází v kovových slitin , jako jsou zirkonu hydridy v Zircaloy pláště jaderného paliva čepů může také poskytnout kovové slitiny křehké a vést k jejich mechanickému selhání. Správné zvládnutí přesných teplotních a tlakových podmínek při ochlazování vyhořelých jaderných paliv je proto nezbytné, aby nedošlo k poškození jejich plášťů a aby byla dlouhodobě zachována integrita vyhořelých palivových článků v suchých skladovacích sudech a v podmínkách geologické likvidace.
Průmyslové procesy
Vysrážení hydroxidem je pravděpodobně nejpoužívanějším průmyslovým srážecím procesem, při kterém se tvoří hydroxidy kovů přidáním hydroxidu vápenatého ( hašeného vápna ) nebo hydroxidu sodného ( louhu sodného ) jako srážecího činidla.
Dějiny
Prášky pocházející z různých srážecích procesů byly také historicky známé jako „květiny“.
Viz také
Reference
Dodatečné čtení
- Zumdahl, Steven S. (2005). Chemické zásady (5. vydání). New York: Houghton Mifflin. ISBN 0-618-37206-7.