Kết tủa: Phản ứng kết tủa và ví dụ
Kết tủa hoặc kết tủa hóa học là một quá trình bao gồm sự hình thành một chất rắn không hòa tan từ hỗn hợp của hai dung dịch đồng nhất. Không giống như mưa và tuyết, trong loại mưa này "trời mưa đặc" từ bề mặt chất lỏng.
Trong hai dung dịch đồng nhất, các ion được hòa tan trong nước. Khi chúng tương tác với các ion khác (tại thời điểm trộn), các tương tác tĩnh điện của chúng cho phép sự phát triển của tinh thể hoặc chất rắn dạng gel. Kết quả của trọng lực, chất rắn này kết thúc lắng đọng ở dưới cùng của vật liệu thủy tinh.
Lượng mưa bị chi phối bởi trạng thái cân bằng ion, phụ thuộc vào nhiều biến số: từ nồng độ và tính chất của các loài can thiệp đến nhiệt độ của nước và thời gian tiếp xúc của chất rắn với nước.
Ngoài ra, không phải tất cả các ion đều có thể thiết lập trạng thái cân bằng này, hoặc giống nhau, không phải tất cả đều có thể bão hòa dung dịch ở nồng độ rất thấp. Ví dụ, để kết tủa NaCl, sự bay hơi của nước hoặc thêm nhiều muối là cần thiết.
Một dung dịch bão hòa có nghĩa là nó không còn có thể hòa tan rắn hơn, do đó nó kết tủa. Chính vì lý do này mà lượng mưa cũng là một tín hiệu rõ ràng cho thấy dung dịch đã bão hòa.
Phản ứng kết tủa
Xem xét một dung dịch có các ion A hòa tan và khác với các ion B, khi trộn phương trình hóa học của phản ứng dự đoán:
A + (ac) + B- (ac) AB (s)
Tuy nhiên, ban đầu A và B gần như không thể ở một mình, nhất thiết phải có các ion khác đi kèm với các điện tích trái dấu.
Trong trường hợp này, A + tạo thành một hợp chất hòa tan với loài C- và B- cũng tương tự với loài D +. Do đó, phương trình hóa học bây giờ thêm các loài mới:
AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)
Loài A + thay thế loài D + để tạo thành AB rắn; lần lượt, loài C- thay thế B- để tạo thành DC rắn hòa tan.
Đó là, sự dịch chuyển kép xảy ra (phản ứng đo lường). Sau đó, phản ứng kết tủa là phản ứng dịch chuyển ion kép.
Ví dụ trong hình trên, cốc có chứa tinh thể vàng chì (II) iodide (PbI 2 ), sản phẩm của phản ứng được gọi là 'mưa vàng':
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Theo phương trình trước, A = Pb2 +, C- = NO 3 -, D = K + và B = I-.
Kết tủa hình thành
Các bức tường của cốc cho thấy nước ngưng tụ do nhiệt độ cao. Vì mục đích gì là nước nóng? Để làm chậm quá trình hình thành các tinh thể PbI 2 và làm nổi bật ảnh hưởng của mưa vàng.
Khi gặp hai anion, cation Pb2 + tạo thành một hạt nhân nhỏ gồm ba ion, không đủ để tạo ra một tinh thể. Tương tự như vậy, ở các vùng khác của dung dịch, các ion khác cũng tập hợp lại để tạo thành hạt nhân; Quá trình này được gọi là tạo mầm.
Những hạt nhân này thu hút các ion khác, và do đó phát triển để tạo thành các hạt keo, chịu trách nhiệm cho lớp vỏ màu vàng của dung dịch.
Theo cùng một cách, các hạt này tương tác với các hạt khác để tạo ra các cục máu đông, và các cục này với các hạt khác, cuối cùng tạo ra kết tủa.
Tuy nhiên, khi điều này xảy ra, kết quả kết tủa từ loại gelatin, với các tinh thể sáng của một số tinh thể "đi lang thang" qua dung dịch. Điều này là do tốc độ tạo mầm lớn hơn tốc độ tăng trưởng của hạt nhân.
Mặt khác, sự tăng trưởng tối đa của một hạt nhân được phản ánh trong một tinh thể rực rỡ. Để đảm bảo tinh thể này, dung dịch phải hơi bão hòa, điều này đạt được bằng cách tăng nhiệt độ trước khi kết tủa.
Do đó, khi dung dịch nguội đi, lõi có đủ thời gian để phát triển. Ngoài ra, do nồng độ của muối không cao lắm, nhiệt độ sẽ kiểm soát quá trình tạo mầm. Do đó, cả hai biến đều có lợi cho sự xuất hiện của tinh thể PbI 2 .
Sản phẩm hòa tan
PbI 2 thiết lập sự cân bằng giữa điều này và các ion trong giải pháp:
PbI 2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)
Hằng số cân bằng này được gọi là hằng số sản phẩm của độ hòa tan, K ps . Thuật ngữ "sản phẩm" dùng để chỉ sự nhân lên nồng độ của các ion tạo nên chất rắn:
K ps = [Pb2 +] [I-] 2
Ở đây chất rắn gồm các ion thể hiện trong phương trình; tuy nhiên, nó không xem xét chất rắn trong các tính toán này.
Nồng độ của các ion Pb2 + và ion tương đương với độ hòa tan của PbI 2 . Đó là, bằng cách xác định độ hòa tan của một trong những cái này có thể được tính toán của cái kia và hằng số K ps .
Các giá trị của K ps cho một số hợp chất hòa tan trong nước là gì? Nó là thước đo mức độ không hòa tan của hợp chất ở nhiệt độ nhất định (25ºC). Do đó, K ps càng nhỏ thì càng không hòa tan.
Do đó, khi giá trị này được so sánh với giá trị của các hợp chất khác, có thể dự đoán cặp nào (ví dụ AB và DC) sẽ kết tủa trước. Trong trường hợp hợp chất DC giả thuyết, K ps của nó có thể cao đến mức để kết tủa, nó cần nồng độ D + hoặc C- cao hơn trong dung dịch.
Đây là chìa khóa cho những gì được gọi là lượng mưa phân đoạn. Ngoài ra, biết K ps cho một loại muối không hòa tan, lượng tối thiểu có thể được tính để kết tủa nó trong một lít nước.
Tuy nhiên, trong trường hợp KNO 3 không có trạng thái cân bằng như vậy, nên nó thiếu K ps . Trên thực tế, nó là một loại muối cực kỳ hòa tan trong nước.
Ví dụ
Phản ứng kết tủa là một trong những quá trình làm phong phú thế giới của các phản ứng hóa học. Một số ví dụ khác (ngoài cơn mưa vàng) là:
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) => AgCl (s) + NaNO 3 (ac)
Hình trên minh họa sự hình thành kết tủa trắng của bạc clorua. Nói chung, hầu hết các hợp chất bạc có màu trắng.
BaCl 2 (ac) + K 2 SO 4 (ac) => BaSO 4 (s) + 2KCl (ac)
Một kết tủa trắng của barium sulfate được hình thành.
2CONSO 4 (ac) + 2NaOH (ac) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (ac)
Kết tủa hơi xanh của đồng (II) dibasic sulfate được hình thành.
2AgNO 3 (ac) + K 2 CrO 4 (ac) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (ac)
Kết tủa màu cam của cromat bạc được hình thành.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (ac) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (ac)
Kết tủa trắng của canxi cacbonat, còn được gọi là đá vôi, được hình thành.
Fe (NO 3 ) 3 (ac) + 3NaOH (ac) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (ac)
Cuối cùng, kết tủa màu cam của hydroxit sắt (III) được hình thành. Theo cách này, các phản ứng kết tủa tạo ra bất kỳ hợp chất nào.
