Nogulsnes vai ķīmiskā nogulsnēšana ir process, kas sastāv veidošanos nešķīstošs ciets no sastāv no diviem homogēnās risinājumiem. Atšķirībā no lietus un sniega nokrišņiem, šāda veida nokrišņos “šķidrums līst” no šķidruma virsmas.
Divos viendabīgos šķīdumos jonus izšķīdina ūdenī. Kad šie mijiedarbojas ar citiem joniem (sajaukšanas laikā), to elektrostatiskā mijiedarbība ļauj iegūt kristālu vai želejveida cietvielu. Smaguma spēka dēļ šī cietā viela nonāk nogulsnēšanās stikla materiāla apakšā.
Nokrišņus regulē jonu līdzsvars, kas ir atkarīgs no daudziem mainīgiem lielumiem: sākot ar sugu, kas iejaucas, koncentrāciju un raksturu līdz ūdens temperatūrai un pieļaujamajam cietās vielas saskares laikam ar ūdeni.
Turklāt ne visi joni ir spējīgi izveidot šo līdzsvaru, vai kas ir tas pats, ne visi var piesātināt šķīdumu ļoti zemās koncentrācijās. Piemēram, lai izgulsnētu NaCl, ir nepieciešams iztvaicēt ūdeni vai pievienot vairāk sāls.
Piesātināts šķīdums nozīmē, ka tas nevar izšķīst vairāk cietas vielas, tāpēc tas izgulsnējas. Tieši šī iemesla dēļ nokrišņi ir arī skaidra zīme, ka šķīdums ir piesātināts.
Nokrišņu reakcija
Ņemot vērā šķīdumu ar izšķīdinātiem A joniem un otru ar B joniem, sajaucoties, reakcijas ķīmiskais vienādojums paredz:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Tomēr A un B sākotnēji ir gandrīz neiespējami būt vieni, obligāti jāpavada citi joni ar pretēju lādiņu.
Šajā gadījumā A + veido šķīstošu savienojumu ar C - sugām , un B - tāpat rīkojas ar D + sugām . Tādējādi ķīmiskais vienādojums tagad pievieno jaunas sugas:
Maiņstrāva (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
A + suga aizvieto sugas D + , veidojot cietu AB; savukārt suga C - izspiež B - , veidojot šķīstošu cietu DC.
Tas ir, notiek dubultās pārvietošanās (metatēzes reakcija). Tātad nokrišņu reakcija ir dubultā jonu pārvietošanas reakcija.
Iepriekš parādītajā piemērā vārglāzē ir svina (II) jodīda (PbI 2 ) zelta kristāli , kas ir tā sauktās "zelta dušas" reakcijas produkts:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Saskaņā ar iepriekšējo vienādojumu A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + un B = I - .
Nokrišņu veidošanās
Vārglāzes sienās redzams kondensēts ūdens no intensīva karstuma. Kādam nolūkam ūdens tiek uzkarsēts? Palēnināt PbI 2 kristālu veidošanās procesu un uzsvērt zelta dušas efektu.
Tiekoties ar diviem I - anjoniem , Pb 2+ katjons veido niecīgu trīs jonu kodolu, kas nav pietiekams, lai izveidotu kristālu. Tāpat arī citos šķīduma reģionos citi joni pulcējas, veidojot kodolus; Šis process ir pazīstams kā kodolizēšana.
Šie kodoli piesaista citus jonus, un tādējādi tas aug, veidojot koloidālās daļiņas, kas ir atbildīgas par šķīduma dzelteno duļķainību.
Tādā pašā veidā šīs daļiņas mijiedarbojas ar citiem, veidojot recekļus, un šie recekļi ar citiem, lai beidzot iegūtu nogulsnes.
Tomēr, kad tas notiek, nogulsnes ir želejveida, ar spilgtiem norādījumiem uz dažiem kristāliem, kas "klīst" pa šķīdumu. Tas notiek tāpēc, ka kodolu veidošanās ātrums ir lielāks nekā kodolu augšana.
No otras puses, kodola maksimālais pieaugums tiek atspoguļots spožā kristālā. Lai garantētu šo kristālu, šķīdumam jābūt nedaudz piesātinātam, ko panāk, pirms nokrišņiem paaugstinot temperatūru.
Tādējādi, šķīdumam atdziestot, kodoliem ir pietiekami daudz laika, lai augtu. Turklāt, tā kā sāļu koncentrācija nav ļoti augsta, kodēšanas procesu kontrolē temperatūra. Līdz ar to abi mainīgie dod labumu PbI 2 kristālu izskatam .
Šķīdības produkts
PbI 2 izveido līdzsvaru starp to un joniem šķīdumā:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Šī līdzsvara konstante tiek saukta par šķīdības koeficientu K ps . Termins "produkts" attiecas uz jonu, kas veido cieto vielu, koncentrāciju reizināšanu:
K ps = 2
Cietu vielu veido vienādojumā izteiktie joni; tomēr šajos aprēķinos tā neuzskata par pamatotu.
Pb 2+ jonu un I - jonu koncentrācijas ir vienādas ar PbI 2 šķīdību . Tas ir, nosakot viena no tiem, otra šķīdību, un var aprēķināt konstanti K ps .
Kādas ir K ps vērtības mazšķīstošiem savienojumiem? Tas ir savienojuma nešķīstības pakāpes mērs noteiktā temperatūrā (25ºC). Tādējādi, jo mazāks ir K ps , jo nešķīstāks.
Tāpēc, salīdzinot šo vērtību ar citu savienojumu vērtībām, var paredzēt, kurš pāris (piemēram, AB un DC) vispirms izgulsnējas. Hipotētiskā savienojuma DC gadījumā tā K ps var būt tik augsta, ka nogulsnēšanai nepieciešams lielāks D + vai C - koncentrācijas daudzums šķīdumā.
Tas ir atslēga tam, ko sauc par daļēju nokrišņu daudzumu. Tāpat, zinot nešķīstošā sāls K ps , var aprēķināt minimālo daudzumu, kas nepieciešams, lai to izgulsnētu vienā litrā ūdens.
Tomēr KNO 3 gadījumā šāda līdzsvara nav, tāpēc tam trūkst K ps . Faktiski tas ir ūdenī ļoti labi šķīstošs sāls.
Piemēri
Nokrišņu reakcijas ir viens no procesiem, kas bagātina ķīmisko reakciju pasauli. Daži papildu piemēri (izņemot zelta dušu) ir:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Augšējais attēls parāda baltā sudraba hlorīda nogulsnes. Kopumā lielākajai daļai sudraba savienojumu ir baltas krāsas.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Veidojas bārija sulfāta baltas nogulsnes.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Veidojas divdimensiju vara (II) sulfāta zilganas nogulsnes.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Veidojas oranža sudraba hromāta nogulsnes.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Veidojas baltas kalcija karbonāta nogulsnes, kas pazīstamas arī kā kaļķakmens.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Visbeidzot, veidojas dzeltenā (III) hidroksīda oranžās nogulsnes. Tādā veidā nokrišņu reakcijas rada jebkuru savienojumu.
Atsauces
- Day, R., & Underwood, A. Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (5. izd.). PEARSON Prentice zāle, 97.-103.lpp.
- Der Kreole. (2011. gada 6. marts). Zelta lietus. . Saņemts 2018. gada 18. aprīlī no vietnes: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (2017. gada 9. aprīlis). Nokrišņu reakcijas definīcija. Saņemts 2018. gada 18. aprīlī no vietnes: domaco.com
- le Châtelier princips: nokrišņu reakcijas. Saņemts 2018. gada 18. aprīlī no: digipac.ca
- Prof Botch. I ķīmiskās reakcijas: Neto jonu vienādojumi. Iegūts 2018. gada 18. aprīlī no: lecdemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (2012. gada 8. oktobris). Sudraba hlorīds (AgCl). . Saņemts 2018. gada 18. aprīlī no vietnes: commons.wikimedia.org
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 150., 153., 776. – 786. Lpp.