Утворення та розчинення осадів

Основні положення теорії гетерогенних рівноваг дозволяють зрозуміти сутність процесів коагуляції крові та насінної рідини, утворення та розчинення мінеральної основи кісткової тканини, етіологію подагри, сечокам’яної і жовчнокам’яної хвороб. Осадження речовин в результаті хімічної реакції є однією з основних операцій в якісному і кількісному аналізі, коли реакцію необхідно довести до кінця і забезпечити повноту осадження. Розроблено методи вагового аналізу гравіметрії і осадітельного титрування – седіметріі.

Взаємне розчинення речовин протікає тим легше, чим ближче їхня хімічна будова і характер міжчасткових взаємодій. Іонні сполуки розчиняються краще в полярних розчинниках, неелектроліти – в неполярних. Речовини з різним характером зв’язку і слабкою міжчастинковою взаємодією взаємно нерозчинні. Тверді речовини характеризуються самою різною розчинністю.

Розчинність (s) речовини розраховують в грамах розчиненої речовини на 100 г. розчинника. Існують наближені таблиці, які ділять речовини на 3 умовні групи по розчинності.

    У групу розчинних речовин (Р) відносять солі та гідроксиди, розчинність яких вища 1 г. в 100 г. H2O. Розчинність малорозчинних речовин (М) знаходиться в межах від 1 мг. (10-3 г) до 1 г. в 100 г. H2O.

Абсолютно нерозчинних речовин у природі немає. Виділяють групу умовно нерозчинних речовин (Н), розчинність яких нижче 1 мг в 100 г H2O. Насичені розчини таких електролітів представляють собою практично чистий розчинник з дуже малою кількістю речовини, що перейшла у розчин.

Однак звичайні способи вираження розчинності важкорозчинних сильних електролітів не відображають справжнього стану такої системи, оскільки вся розчинена частина речовини повністю іонізована. При цьому кількість іонів в розчині не відповідає молярній концентрації.

Розглянемо рівновагу між твердим осадом важкорозчинною солі AgCl і її іонами у водному розчині:

AgCl (тв) ↔ Ag + + Cl-.

Константа рівноваги має вигляд:

K = [Ag +] [Cl -]/[AgCl (тв)].

Оскільки розчинність і концентрація іонів цієї солі в розчині надзвичайно малі, їх взаємодія відсутня. Тоді поведінку іонів в розчині можна уподібнити ідеальному газу. При цьому концентрація конденсованої фази хлориду срібла, як величина постійна, з виразу для константи рівноваги виключається:

K = [Ag +] [Cl-].

Постійність Ks означає сталість концентрацій окремих іонів в розчині. Однак при зменшенні концентрації одного іона, концентрація іншого буде збільшуватися за принципом Ле Шательє. Для електролітів, іони яких мають різний за величиною заряд, залежність дещо ускладнюється. Так, для Cu (OH)2 справедливий вираз:

Ks (Cu (OH) 2) = [Cu2 +] [OH-] 2 = 2,2 – 10-20.

При збільшенні концентрації [Cu2 +] в 10 разів, концентрація [OH-] зросте всього в √10 ≈ 3,1 рази. У той час як 10-кратне збільшення концентрації гідроксильних іонів приведе до 100-кратного (102) зменшення концентрації іонів міді (II), і значна їх кількість перейде з розчину в осад.

Присутність в розчині сторонніх речовин впливає на розчинність. Розчинність важкорозчинних речовин залежить:

    Від введення в розчин електроліту, що містить однойменний іон з осадом; Від присутності сторонніх електролітів; Від присутності речовин, здатних утворювати розчинні комплексні сполуки з осадом.

Введення однойменного іона, наприклад хлорид-аніону, сприяє зменшенню концентрації іона Ag +, оскільки Ks величина постійна. При цьому частина іонів Ag + зв’язується і розчинність AgCl зменшується. Таким чином, у присутності надлишку однойменного іона може бути досягнута повнота осадження малорастворимого з’єднання.

Присутність в розчині сторонніх електролітів викликає так званий сольовий ефект, що виражається у збільшенні розчинності. Причиною є посилення електростатичної взаємодії між іонами, внаслідок чого активність іонів розчиняється, речовини зменшується і нові їхні порції переходять в розчин з осаду. Сольовий ефект спостерігається і при введенні однойменного іона, проте його вплив, на тлі різкого зменшення розчинності, незначний.

При введенні в розчин речовини, здатної утворювати комплекси з іонами малорозчинної сполуки, розчинність також збільшується. На цьому ефекті заснована регенерація срібла зі старих рентгенівських знімків через стадію утворення розчинного тіосульфатного комплексу.

Отримати абсолютно чистий осад неможливо. Також не слід забувати про різні форми утворення осадів, вони бувають:

    Щільні; Пухкі; Кристалічні; Аморфні.

Існують сполуки, що утворюють різні кристалічні поліморфи, що відрізняються по розчинності. Карбонат кальцію утворює кілька мінералів, з них найбільш відомі кальцит і арагонит. Розроблено сучасний метод очищення котлів і труб парових систем від накипу під дією електромагнітного поля, завдяки кальциту який при розщепленні до арагонита не залишає вапняних відкладень.

Осадові гірські породи – мінерали, що існують в термодинамічних умовах, характерних для поверхневої частини земної кори, і утворюються в результаті перевідложення продуктів вивітрювання і руйнування різних гірських порід, хімічного і механічного випадання осаду з води, життєдіяльності організмів або всіх трьох процесів одночасно. Говорячи про морські осади, необхідно відзначити, що їх вивчає одна з геологічних наук, звана літологією. Вчені пізнають речовий склад, будову та закономірності утворень, а також розподіл цих осадів на морському дні.

Вчені-еволюціоністи вважають, що різна розчинність солей у природних водах справила великий вплив на їх утримання в живих організмах. Між розчинністью сполук у воді і токсичною дією ряду іонів хімічних елементів є тісний взаємозв’язок. Введення іонів Al3 + в організм призводить до рахіту внаслідок утворення малорозчинного AlPO4.

Метод осадження використовують в клінічному аналізі хлоридів у сечі, поті, крові, шлунковому соку, при аналізі якості питних вод. Реакції осадження широко застосовують при отруєнні іонами важких металів, які мають здатність зв’язуватися з білками плазми крові, для створення конкуруючої рівноваги з елімінацією токсичного агента в тверду фазу. Важкорозчинна, навіть у кислотно-лужному середовищі, сіль BaSO4 використовується при дослідженні ШКТ (як Рентгеноконтрастна речовина).


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.00 out of 5)

Утворення та розчинення осадів