Nedbør: Nedbørsmaksjon og eksempler

Nedbør eller kjemisk utfelling er en prosess som består av dannelse av et uoppløselig fast stoff fra blandingen av to homogene løsninger. Til forskjell fra nedbør av regn og snø, i denne typen nedbør "regner det fast" fra overflaten av væsken.

I to homogene løsninger oppløses ioner i vann. Når disse interagerer med andre ioner (på tidspunktet for blanding), tillater deres elektrostatiske interaksjoner veksten av en krystall eller et gelatinøst faststoff. Som et resultat av tyngdekraften ender dette fast stoffet på bunnen av glassmaterialet.

Nedbør styres av en ionisk likevekt, som avhenger av mange variabler: Fra konsentrasjonen og arten til den mellomliggende arten til vanntemperaturen og den faste kontakttid for det faste stoffet med vannet.

I tillegg er ikke alle ioner i stand til å etablere denne likevekten, eller det som er det samme, ikke alle kan mette løsningen ved svært lave konsentrasjoner. For eksempel, for å utfelle NaCl, er fordampning av vannet eller tilsetning av mer salt nødvendig.

En mettet løsning betyr at den ikke lenger kan oppløse mer solid, så det faller ut. Det er av denne grunn at nedbør er et klart signal om at løsningen er mettet.

Nedbørsreaksjon

Tatt i betraktning en løsning med oppløste A-ioner og den andre med B-ioner, forutser blanding ved kjemisk ligning av reaksjonen:

A + (ac) + B- (ac) AB (s)

Imidlertid er det "nesten" umulig for A og B å være alene i utgangspunktet, nødvendigvis å være ledsaget av andre ioner med motsatte ladninger.

I dette tilfellet danner A + en løselig forbindelse med arten C- og B- gjør det samme med arten D +. Dermed legger kjemisk ligning nå til den nye arten:

AC (ac) + DB (ac) AB (s) + DC (ac)

Arten A + forskyver arten D + for å danne det faste AB; I sin tur fordømmer arten C- B- for å danne det oppløselige faste DC.

Det vil si at dobbeltforskyvninger forekommer (metatesereaksjon). Deretter er utfellingsreaksjonen en dobbelt ion-forskyvningsreaksjon.

For eksemplet på bildet ovenfor inneholder begeret gyldne krystaller av bly (II) jodid (PbI ₂ ), produkt av reaksjonen kjent som "gullregn":

Pb (NO3) ₂ (ac) + 2KI (aq) => PbI ₂ (s) + 2KNO ₃ (aq)

Ifølge foregående ligning, A = Pb2 +, C- = NO3-, D = K + og B = I-.

Nedbørdannelse

Veggene på begeret viser kondensert vann som følge av intens varme. For hvilken hensikt er vannet oppvarmet? Å redusere prosessen med dannelse av PbI ₂ krystaller og fremheve effekten av gullregn.

Når du møter to I-anioner, danner Pb2 + kation en liten kjerne av tre ioner, som ikke er nok til å bygge en krystall. På samme måte samles andre ioner også i andre områder av løsningen for å danne kjerner; Denne prosessen er kjent som nukleasjon.

Disse kjernene tiltrekker seg andre ioner, og vokser dermed for å danne kolloidale partikler, som er ansvarlige for den gule oppklaringen av løsningen.

På samme måte samhandler disse partiklene med andre for å forårsake koaguleringer, og disse koagulasjonene med andre, for endelig å oppnå bunnfallet.

Når dette skjer, oppstår imidlertid utfellingen av den gelatinøse typen, med lyse krystaller av noen krystaller "vandrer" gjennom løsningen. Dette skyldes at nukleasjonshastigheten er større enn kjernens vekst.

På den annen side reflekteres den maksimale veksten av en kjerne i en strålende krystall. For å garantere denne krystallet må løsningen være litt overmettet, noe som oppnås ved å øke temperaturen før nedbør.

Således, som løsningen avkjøler, har kjernene nok tid til å vokse. I tillegg, da konsentrasjonen av saltene ikke er veldig høy, styrer temperaturen kjerningsprosessen. Følgelig har begge variablene fordel for utseende av PbI ₂ krystaller.

Løselighetsprodukt

PbI ₂ etablerer en balanse mellom dette og ioner i løsning:

PbI2 (s) Pb2 + (ac) + 2I- (ac)

Konstanten av denne likevekten kalles produktets konstant for løselighet, K _ps . Begrepet "produkt" refererer til multiplikasjon av konsentrasjonene av ioner som utgjør det faste stoffet:

K _ps = [Pb2 +] [I-] 2

Her er det faste stoffet sammensatt av ioner uttrykt i ligningen; Imidlertid vurderer det ikke det faste i disse beregningene.

Konsentrasjonene av Pb2 + -ioner og -ioner er lik oppløseligheten av PbI2. Det vil si ved å bestemme løseligheten av en disse kan beregnes av den andre og den konstante K _ps .

Hva er verdiene for K _ps for de få vannløselige forbindelsene? Det er et mål for uoppløseligheten av forbindelsen ved en bestemt temperatur (25ºC). Dermed er jo mindre en K _ps, jo mer uoppløselig er den.

Derfor, når denne verdien er sammenlignet med de for andre forbindelser, kan det forutsettes hvilket par (for eksempel AB og DC) vil utfelle først. I tilfelle av den hypotetiske DC-forbindelsen kan dens K _ps være så høy at for å utfelle det trenger høyere konsentrasjoner av D + eller C- i oppløsning.

Dette er nøkkelen til det som kalles fraksjonert nedbør. Ved å kjenne _Kp for et uoppløselig salt kan minimumsbeløpet beregnes for å utfelle det i en liter vann.

Men i tilfelle av KNO _{3 er} det ingen slik likevekt, så det mangler K _ps . Faktisk er det et salt som er ekstremt løselig i vann.