يترسب: رد فعل هطول الأمطار والأمثلة
الترسيب أو الترسيب الكيميائي هو عملية تتكون من تكوين مادة صلبة غير قابلة للذوبان من مزيج من محاليل متجانسة. على عكس هطول الأمطار والثلوج ، في هذا النوع من الأمطار "تمطر صلبة" من سطح السائل.
في حلين متجانسين ، يتم إذابة الأيونات في الماء. عندما تتفاعل هذه مع أيونات أخرى (في وقت الخلط) ، تسمح تفاعلاتها الإلكتروستاتية بنمو بلورة أو مادة هلامية صلبة. نتيجة للجاذبية ، تنتهي هذه المادة الصلبة بالتراكم في أسفل المادة الزجاجية.
يحكم هطول الأمطار توازن أيوني ، والذي يعتمد على العديد من المتغيرات: من تركيز وطبيعة الأنواع المتداخلة إلى درجة حرارة الماء ووقت الاتصال المسموح به للمادة الصلبة مع الماء.
بالإضافة إلى ذلك ، ليست كل الأيونات قادرة على إنشاء هذا التوازن ، أو ما هو نفسه ، لا يمكن للجميع تشبع المحلول بتركيزات منخفضة للغاية. على سبيل المثال ، من أجل ترسب كلوريد الصوديوم ، من الضروري تبخر الماء أو إضافة المزيد من الملح.
والحل المشبع يعني أنه لم يعد بإمكانه إذابة أكثر صلابة ، لذلك يترسب. وهذا هو السبب في أن هطول الأمطار هو أيضا إشارة واضحة إلى أن الحل مشبع.
تفاعل الهطول
النظر في حل مع أيونات A الذائبة والآخر مع أيونات B ، عند خلط المعادلة الكيميائية للتنبؤ:
A + (ac) + B- (ac) AB (s)
ومع ذلك ، فمن المستحيل "تقريبًا" أن تكون A و B وحدهما مبدئيًا ، بالضرورة أن تكون مصحوبة بأيونات أخرى بتهم معاكسة.
في هذه الحالة ، تشكل A + مركبًا قابلًا للذوبان مع الأنواع C- ، و B- يفعل الشيء نفسه مع الأنواع D +. وهكذا ، تضيف المعادلة الكيميائية الآن الأنواع الجديدة:
AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)
الأنواع A + تقوم بإزاحة النوع D + لتشكيل AB الصلب ؛ في المقابل ، فإن الأنواع C- تحل محل B- لتشكيل العاصمة الصلبة القابلة للذوبان.
وهذا هو ، تحدث النزوح المزدوج (رد فعل ميثازيس). ثم ، فإن رد فعل الهطول هو تفاعل إزاحة أيون مزدوج.
على سبيل المثال في الصورة أعلاه ، يحتوي الدورق على بلورات ذهبية من الرصاص (II) يوديد (PbI 2 ) ، وهو ناتج من التفاعل المعروف باسم "المطر الذهبي":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
وفقًا للمعادلة السابقة ، A = Pb2 + ، C- = NO 3 - ، D = K + و B = I-.
يعجل تشكيل
تظهر جدران الدورق ماءًا مكثفًا نتيجة للحرارة الشديدة. لأي غرض يتم تسخين الماء؟ لإبطاء عملية تشكيل بلورات PbI 2 وإبراز تأثير المطر الذهبي.
عند مواجهتها لإثنين من الأيونات ، فإن Pb2 + الكاتيون يشكل نواة صغيرة من ثلاثة أيونات ، وهذا لا يكفي لبناء بلورة. وبالمثل ، في مناطق أخرى من الحل تتجمع أيونات أخرى أيضًا لتكوين نوى ؛ تُعرف هذه العملية باسم النواة.
هذه النواة تجذب الأيونات الأخرى ، وبالتالي تنمو لتشكل جزيئات الغروية ، المسؤولة عن التكتل الأصفر للحل.
بالطريقة نفسها ، تتفاعل هذه الجسيمات مع الآخرين لتسبب جلطات ، وهذه الجلطات مع الآخرين ، في النهاية تنشأ عن الترسبات.
ومع ذلك ، عند حدوث ذلك ، ينتج الترسب من النوع الجيلاتيني ، مع بلورات ساطعة لبعض البلورات "تتجول" خلال المحلول. وذلك لأن سرعة النواة أكبر من نمو النواة.
من ناحية أخرى ، ينعكس النمو الأقصى للنواة في بلورة رائعة. لضمان هذه البلورة ، يجب تشويه المحلول قليلاً ، والذي يتحقق عن طريق زيادة درجة الحرارة قبل هطول الأمطار.
وبالتالي ، عندما يبرد المحلول ، يكون للنوى ما يكفي من الوقت لتنمو. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن تركيز الأملاح ليس عاليًا جدًا ، فإن درجة الحرارة تتحكم في عملية النواة. وبالتالي ، فإن كلا المتغيرين يستفيدان من ظهور بلورات PbI 2 .
الذوبان المنتج
يحدد PbI 2 توازنًا بين هذا والأيونات في الحل:
PbI 2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)
يُطلق على ثابت هذا التوازن ثابت منتج الذوبان ، K ps . يشير المصطلح "منتج" إلى تكاثر تركيزات الأيونات التي تشكل المادة الصلبة:
K ps = [Pb2 +] [I-] 2
هنا تتكون المادة الصلبة من الأيونات المعبر عنها في المعادلة؛ ومع ذلك ، فإنه لا يعتبر الصلبة في هذه الحسابات.
تركيزات أيونات Pb2 + والأيونات تساوي قابلية الذوبان لـ PbI 2 . وهذا يعني أنه من خلال تحديد قابلية الذوبان لأحد هذه يمكن حسابها من الآخر والثابت K ps .
ما هي قيم K ps بالنسبة للمركبات القليلة القابلة للذوبان في الماء؟ إنه مقياس لدرجة عدم قابلية ذوبان المركب عند درجة حرارة معينة (25 درجة مئوية). وبالتالي ، كلما كانت K ps أصغر ، كلما كانت غير قابلة للذوبان.
لذلك ، عند مقارنة هذه القيمة مع تلك المركبات الأخرى ، يمكن التنبؤ بالزوج (على سبيل المثال ، AB و DC) سوف يترسب أولاً. في حالة مركب DC الافتراضي ، قد يكون K ps الخاص به عالياً لدرجة أنه من أجل التعجيل يحتاج إلى تركيزات أعلى من D + أو C- في المحلول.
هذا هو مفتاح ما يعرف باسم هطول الأمطار مجزأة. أيضًا ، ومع معرفة K ps بالملح غير القابل للذوبان ، يمكن حساب الحد الأدنى للمبلغ لترسبه في لتر من الماء.
ومع ذلك ، في حالة KNO 3 لا يوجد مثل هذا التوازن ، لذلك فهو يفتقر إلى K ps . في الواقع ، إنه ملح شديد الذوبان في الماء.
أمثلة
تفاعلات الهطول هي واحدة من العمليات التي تثري عالم التفاعلات الكيميائية. بعض الأمثلة الإضافية (إلى جانب المطر الذهبي) هي:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
توضح الصورة العليا تشكيل الراسب الأبيض من كلوريد الفضة. بشكل عام ، معظم المركبات الفضية لها ألوان بيضاء.
BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (ac) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)
يتم تشكيل رواسب بيضاء من كبريتات الباريوم.
2CONSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (ac)
تتشكل مادة الراسب المزرق من كبريتات النحاس (II) dibasic.
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)
يتم تشكيل رواسب البرتقال من كرومات الفضة.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
يتكون الراسب الأبيض من كربونات الكالسيوم ، المعروف أيضًا باسم الحجر الجيري.
Fe (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
أخيرًا ، تتشكل مادة راسب البرتقال من هيدروكسيد الحديد (III). بهذه الطريقة ، تنتج تفاعلات الهطول أي مركب.
