Вимоги до осадів

Сполука, у вигляді якої осаджують одну із складових частин досліджуваного розчину, повинна бути практично нерозчинна у середовищі, з якого ведеться осадження. Практично нерозчинною вважають таку сполуку, розчинність якої не перевищує 10^–5 моль/дм ³. Щоб зменшити розчинність осаду діють надлишком осаджуючого реактиву.

Розчинність малорозчинних солей у системі осад-розчин може підвищуватись при додаванні до системи інших сильних електролітів. Це явище називається сольовим ефектом.

Причиною цього ефекту є те, що при додаванні до насиченого розчину малорозчинного електроліту розчину сильного електроліту, який не має з осадом однойменних йонів, йонна сила розчину підвищується. Внаслідок цього коефіцієнти активності йонів малорозчинного електроліту у розчині зменшуються і стають меншими від одиниці. Це призводить до того, що розчинність малорозчинного електроліту стає більшою величини добутку розчинності цього електроліту в чистій воді.

Таким чином, за теорією сильних електролітів сольовий ефект обумовлений зменшенням коефіцієнтів активності внаслідок підвищення йонної сили розчину при додаванні сторонніх електролітів.

Внаслідок того, що йонна сила розчину залежить не тільки від концентрації, але і від величини зарядів йонів, то різні електроліти, додані в однаковій кількості, дають різний сольовий ефект.

Щоб розрахувати за масою осаду або за його гравіметричною формою вміст елемента, що визначається, який виділяється в осад, гравіметрична форма осаду повинна відповідати певному постійному хімічному складу. Сполуки змінного складу, якщо вони навіть малорозчинні, непридатні для гравіметричного аналізу.

Осадження треба проводити в умовах, які забезпечують отримання осаду, який, по можливості, має кристалічну структуру. Осад кристалічної структури не повинен захоплювати сторонніх домішок з розчину, що аналізується, тобто осад повинен бути хімічно чистим.

Осадження малорозчинної сполуки повинно бути по можливості специфічним і не супроводжуватись утворенням осадів інших супутніх елементів.

Таким чином, осад повинен бути практично нерозчинним, мати постійний склад і структуру, що забезпечує успішне фільтрування, промивання і перетворення його у певну гравіметричну форму.

Причиною забруднення осадів є співосадження. Співосадження обумовлено схильністю деяких сполук, добре розчинних у даному розчиннику, осаджуватись під час утворення осаду разом з малорозчинними сполуками, що випадають в осад. Наприклад, відносно добре розчинний магній оксалат осаджується разом з малорозчинним кальцій оксалатом.

Співосадження може бути наслідком того, що утворюється хімічна сполука між осаджуваною речовиною і присутніми у розчині домішками; утворюються змішані кристали, що складаються із основної сполуки і домішок, які кристалізуються в одній і тій же кристалічній формі.

Забруднюються осади також внаслідок адсорбції на їх поверхнях домішок. Чим більша поверхня осаду, тим більше забруднення осаду. До адсорбції більш схильні осади з розвиненою поверхнею, тобто аморфні осади.

Процес адсорбції зворотний, тобто адсорбовані частинки знаходяться у рівновазі з частинками в розчині. Залежність кількості поглинутої речовини від концентрації розчину при постійній температурі називається ізотермою адсорбції. Ця залежність може бути виражена рівнянням Ленгмюра:

,

де n – кількість адсорбованої речовини за умови рівноваги;

n_∞ – максимально можлива кількість речовини, яка може бути
адсорбована;

b – постійна величина;

c – концентрація речовини в розчині.

Адсорбція йонів на поверхні осаду описується рівнянням Ленгмюра, проте має деякі особливості у порівнянні з адсорбцією молекул. Ці особливості пов’язані з вибірковою адсорбцією йонів йонним кристалом, а також із зарядом йонів. У відповідності з правилом Панета-Фаянса-Гана осад адсорбує з розчину ті йони, які утворюють найменш розчинну або найменш дисоційовану сполуку з одним із йонів осаду. У першу чергу на поверхні осаду адсорбуються йони, що входять до складу осаду і є у розчині у надлишку. Наприклад, при осадженні сульфат-іонів йонами Ва²⁺ з початку і до повного осадження ВаSO₄ на осаді будуть адсорбуватися -іони, так як в цей час вони є у надлишку, а після повного осадження ВаSO₄, коли до розчину додається надлишок барій хлориду, адсорбуватись будуть вже йони Ва²⁺. Ці йони утворюють первинний шар, який досить міцно зв’язаний з осадом. До йонів первинного шару притягуються йони протилежного заряду, які утримуються менш міцно і утворюють так званий дифузний шар. Протиіонами вторинного шару є йони, які утворюють найменш розчинну або найменш дисоційовану сполуку з йонами первинного шару. Адсорбція йона збільшується із зростанням його заряду.

Причиною забруднення осаду може бути оклюзія – захоплення утворюваним осадом розчинних домішок, що спостерігається при швидкому рості кристалічних осадів. При оклюзії забруднення осаду відбувається не тільки на поверхні, але і всередині його кристалів.

Одною з основних причин оклюзії є нерівноважна адсорбція, коли швидкість росту частинок осаду перевищує швидкість установлення адсорбційної рівноваги. Наприклад, при осадженні йонів йонами Ва²⁺ на початку процесу, коли ще не всі сульфат-іони осадженні, йони будуть адсорбуватись на поверхні ВаSO₄ у первинний шар, а у вторинний будуть притягуватись протиіони – катіони домішок. При повільному додаванні осаджувача ВаCl₂ адсорбовані на осаді катіони домішок внаслідок зміщення адсорбційної рівноваги будуть заміщуватись на йони Ва²⁺ і кристали ВаSO₄ будуть рости. Якщо ж розчин осаджувача ВаCl₂ додавати швидко, зміщення адсорбційної рівноваги відбувається лише частково і адсорбовані йони (катіони домішок) будуть частково захоплені всередину кристалу ВаSO₄.

Крім нерівноважної адсорбції причиною оклюзії може бути механічний захват домішок чи розчинника всередину кристалу при утворенні осаду.

Для отримання чистих осадів їх промивають дистильованою водою або відповідними розчинниками, а також переосаджують. Переосадження полягає в розчиненні отриманого осаду з наступним його повторним осадженням.

Крупнокристалічні осади, які легко фільтруються, промивають безпосередньо на фільтрі. Аморфні осади перед перенесенням на фільтр промивають декантацією, зливаючи прозору рідину над осадом через фільтр і знову змучуючи осад промивною рідиною і знову зливаючи її. Промивання декантацією часто застосовують при переосадженні. При цьому первинний осад весь не переносять на фільтр, а після промивання декантацією розчиняють і переосаджують.

Осад на фільтрі промивають невеликими порціями промивної рідини, так як при одному і тому ж об’ємі промивних рідин багаторазова промивка невеликими порціями є більш ефективною, ніж при меншому числі разів великими порціями рідини.

Для промивання осадів воду застосовують рідко. Зазвичай беруть розчин солі амонію, що має загальний йон з осадом, розведений розчин амоніаку чи нітратної кислоти або якогось іншого електроліту. При виборі промивної рідини враховується розчинність осаду, можливість гідролізу при промиванні і схильність осаду до пептизації. Щоб зменшити втрати при промиванні осаду за рахунок розчинності, до промивної рідини вводять електроліт, що має загальний йон з осадом. За правилом добутку розчинності наявність у розчині загального йона буде знижувати розчинність осаду.