การตกตะกอนหรือการตกตะกอนทางเคมีเป็นกระบวนการที่ประกอบด้วยการก่อตัวของของแข็งที่ไม่ละลายน้ำจากส่วนผสมของสารละลายสองชนิดที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งแตกต่างจากการตกตะกอนของฝนและหิมะในการตกตะกอนประเภทนี้“ ฝนตกของแข็ง” จากพื้นผิวของของเหลว
ในสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกันสองไอออนจะละลายในน้ำ เมื่อสิ่งเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับไอออนอื่น ๆ (ในขณะผสม) ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตของพวกมันจะทำให้ผลึกหรือของแข็งที่เป็นวุ้นเติบโตได้ เนื่องจากผลของแรงโน้มถ่วงของแข็งนี้จึงทับถมที่ด้านล่างของวัสดุแก้ว
การตกตะกอนถูกควบคุมโดยสมดุลไอออนิกซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายประการ: จากความเข้มข้นและลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ผสมกันไปจนถึงอุณหภูมิของน้ำและเวลาที่อนุญาตให้ของแข็งสัมผัสกับน้ำ
นอกจากนี้ไม่ใช่ว่าไอออนทั้งหมดจะสามารถสร้างสมดุลนี้หรือสิ่งที่เหมือนกันไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถทำให้สารละลายอิ่มตัวด้วยความเข้มข้นต่ำมาก ตัวอย่างเช่นในการตกตะกอน NaCl จำเป็นต้องระเหยน้ำหรือเพิ่มเกลือมากขึ้น
สารละลายอิ่มตัวหมายความว่าไม่สามารถละลายของแข็งได้อีกดังนั้นจึงตกตะกอน ด้วยเหตุนี้การตกตะกอนจึงเป็นสัญญาณที่ชัดเจนว่าสารละลายอิ่มตัว
ปฏิกิริยาการตกตะกอน
เมื่อพิจารณาถึงสารละลายที่มีไอออน A ที่ละลายและอีกตัวหนึ่งมีไอออน B เมื่อผสมกันแล้วสมการทางเคมีของปฏิกิริยาจะทำนาย:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
อย่างไรก็ตาม "แทบ" เป็นไปไม่ได้ที่ A และ B จะอยู่คนเดียวในตอนแรกจำเป็นต้องมีไอออนอื่นที่มีประจุตรงกันข้ามร่วมด้วย
ในกรณีนี้, A +รูปแบบสารที่ละลายน้ำได้ด้วยซี-สปีชีส์และ B -ไม่เหมือนกันกับของ D +ชนิด ดังนั้นตอนนี้สมการเคมีจึงเพิ่มสปีชีส์ใหม่:
AC (เอซี) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
สายพันธุ์ A +แทนที่สายพันธุ์ D +เพื่อสร้าง AB ที่เป็นของแข็ง ในทางกลับกันสายพันธุ์ C -แทนที่ B -เพื่อสร้าง DC ของแข็งที่ละลายน้ำได้
นั่นคือการกระจัดสองครั้งเกิดขึ้น (ปฏิกิริยา metathesis) ดังนั้นปฏิกิริยาการตกตะกอนจึงเป็นปฏิกิริยาการกระจัดของไอออนคู่
ตัวอย่างในภาพด้านบนบีกเกอร์มีผลึกทองคำของตะกั่ว (II) ไอโอไดด์ (PbI 2 ) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่เรียกว่า "ฝักบัวทอง":
Pb (หมายเลข3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
ตามสมการก่อนหน้านี้ A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K +และ B = ฉัน-
การก่อตัวของตะกอน
ผนังของบีกเกอร์แสดงน้ำกลั่นจากความร้อนที่รุนแรง น้ำอุ่นเพื่อจุดประสงค์ใด? เพื่อชะลอกระบวนการก่อตัวของผลึก PbI 2และเน้นเอฟเฟกต์ของฝักบัวอาบน้ำสีทอง
เมื่อพบกับ I - anion สองตัวไอออนบวก Pb 2+จะสร้างนิวเคลียสเล็ก ๆ ที่มีไอออนสามตัวซึ่งไม่เพียงพอที่จะสร้างคริสตัล ในบริเวณอื่น ๆ ของสารละลายไอออนอื่น ๆ ก็รวมตัวกันเป็นนิวเคลียส กระบวนการนี้เรียกว่านิวเคลียส
นิวเคลียสเหล่านี้ดึงดูดไอออนอื่น ๆ และทำให้มันเติบโตขึ้นจนกลายเป็นอนุภาคคอลลอยด์ซึ่งรับผิดชอบต่อความขุ่นสีเหลืองของสารละลาย
ในทำนองเดียวกันอนุภาคเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่นเพื่อทำให้เกิดการอุดตันและการอุดตันเหล่านี้กับสิ่งอื่น ๆ เพื่อทำให้เกิดการตกตะกอนในที่สุด
อย่างไรก็ตามเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นการตกตะกอนจะเป็นวุ้นโดยมีคำใบ้ของผลึกบางส่วนที่ "หลง" ผ่านสารละลาย เนื่องจากอัตราการเกิดนิวเคลียสมากกว่าการเจริญเติบโตของนิวเคลียส
ในทางกลับกันการเติบโตสูงสุดของนิวเคลียสจะสะท้อนให้เห็นในผลึกที่สุกใส ในการรับประกันคริสตัลนี้สารละลายจะต้องมีความอิ่มตัวเล็กน้อยซึ่งทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิก่อนที่จะตกตะกอน
ดังนั้นเมื่อสารละลายเย็นตัวลงนิวเคลียสจึงมีเวลาเติบโตเพียงพอ นอกจากนี้เนื่องจากความเข้มข้นของเกลือไม่สูงมากอุณหภูมิจึงควบคุมกระบวนการสร้างนิวเคลียส ดังนั้นตัวแปรทั้งสองได้รับประโยชน์ลักษณะของ PBI 2คริสตัล
ผลิตภัณฑ์ละลาย
PbI 2สร้างสมดุลระหว่างมันและไอออนในสารละลาย:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
ค่าคงที่ของสมดุลนี้จะเรียกว่าค่าคงที่สินค้าสามารถในการละลาย, K PS คำว่า "ผลิตภัณฑ์" หมายถึงการคูณความเข้มข้นของไอออนที่ประกอบเป็นของแข็ง:
K ps = 2
ที่นี่ของแข็งประกอบด้วยไอออนที่แสดงในสมการ อย่างไรก็ตามไม่พิจารณาของแข็งในการคำนวณเหล่านี้
ความเข้มข้นของ Pb 2+ไอออนและฉัน-ไอออนจะเท่ากับการละลายของ PBI 2 นั่นคือโดยการพิจารณาความสามารถในการละลายของหนึ่งในสิ่งเหล่านี้ค่าของอีกค่าหนึ่งและค่าคงที่ K psสามารถคำนวณได้
ค่า K psสำหรับสารประกอบที่ละลายน้ำต่ำมีไว้เพื่ออะไร? เป็นการวัดระดับความไม่ละลายของสารประกอบที่อุณหภูมิหนึ่ง (25ºC) ดังนั้นยิ่ง K psมีขนาดเล็กเท่าไรก็ยิ่งไม่ละลายน้ำมากขึ้นเท่านั้น
ดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบค่านี้กับสารประกอบอื่น ๆ จึงสามารถคาดเดาได้ว่าคู่ใด (เช่น AB และ DC) จะตกตะกอนก่อน ในกรณีของสารประกอบสมมุติซี, K ของPSอาจจะสูงมากที่จะต้องใช้ความเข้มข้นสูงของ D +หรือ C -ในการแก้ปัญหา ที่จะเกิดตะกอน
นี่คือกุญแจสำคัญของสิ่งที่เรียกว่าการตกตะกอนแบบเศษส่วน ในทำนองเดียวกันการทราบค่า K psสำหรับเกลือที่ไม่ละลายน้ำสามารถคำนวณปริมาณขั้นต่ำที่จะตกตะกอนในน้ำหนึ่งลิตรได้
อย่างไรก็ตามในกรณีของ KNO 3ไม่มีความสมดุลดังกล่าวจึงขาด K PS ในความเป็นจริงมันเป็นเกลือที่ละลายน้ำได้สูงในน้ำ
ตัวอย่าง
ปฏิกิริยาการตกตะกอนเป็นหนึ่งในกระบวนการที่เสริมสร้างโลกแห่งปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่างเพิ่มเติมบางส่วน (นอกเหนือจากฝักบัวอาบน้ำสีทอง) ได้แก่ :
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
ภาพด้านบนแสดงการก่อตัวของเงินขาวคลอไรด์ตกตะกอน โดยทั่วไปสารประกอบเงินส่วนใหญ่มีสีขาว
BaCl 2 (aq) + K 2ดังนั้น4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
การตกตะกอนสีขาวของแบเรียมซัลเฟต
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
การตกตะกอนสีน้ำเงินของรูปแบบซัลเฟตทองแดง dibasic (II)
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
การตกตะกอนสีส้มของซิลเวอร์โครเมต
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
การตกตะกอนสีขาวของแคลเซียมคาร์บอเนตหรือที่เรียกว่าหินปูนรูปแบบ
เฟ (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
ในที่สุดการตกตะกอนสีส้มของเหล็ก (III) จะก่อตัวเป็นไฮดรอกไซด์ ด้วยวิธีนี้ปฏิกิริยาการตกตะกอนจะก่อให้เกิดสารประกอบใด ๆ
อ้างอิง
- Day, R. , & Underwood, A. เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ (ฉบับที่ 5) PEARSON Prentice Hall, p 97-103.
- Der Kreole (6 มีนาคม 2554). ฝนทอง. . สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (9 เมษายน 2560). นิยามปฏิกิริยาการตกตะกอน สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2018 จาก: thoughtco.com
- หลักการของ le Châtelier: ปฏิกิริยาการตกตะกอน สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2561, จาก: digipac.ca
- ศอ. บต. ปฏิกิริยาเคมี I: สมการไอออนิกสุทธิ สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2561, จาก: เลคเชอร์เดโมส. เคมี
- Luisbrudna (8 ตุลาคม 2555). ซิลเวอร์คลอไรด์ (AgCl) . สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE Learning, p 150, 153, 776-786