Условия образования осадков

 

В процессе растворения твердого вещества в растворе наступает момент, когда число ионов, переходящих в раствор, учитывается с числом ионов, переходящих в осадок. Зная концентрации ионов в растворе, можно прогнозировать направление гетерогенного процесса. Если произведение концентрации ионов, образующих малорастворимый сильный электролит в степенях, равных стехеометрическим коэффициентам, будет больше К_S (константы растворимости, ПР) то произойдет образование твердой фазы, т.е. осадка.

BaSO₄ → Ba²⁺ + SO₄^2-

←

Для этого процесса произойдет образование осадка, если [Ba²⁺] x [SO₄^2-] > K_S, так как раствор является не насыщенным, осадка не образуется.

Образование осадка связано с процессом укрупнения частиц, с образованием кристаллической решетки вещества.

Процесс образования осадка имеет три стадии.

- возникновение зародышей кристаллизации;

- рост кристаллов из зародышей;

- агрегация кристаллов с образованием поликристаллического осадка.

Для того, чтобы вызвать возникновение зародышей кристаллизации, потирают внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. Это наблюдается при обнаружении ионов натрия Na⁺ с помощью гексагидроксостибиата (V) калия K[Sb(OH)₆].

Когда произведение [Ba⁺] x [SO₄^2-] = K_S раствор станет насыщенным и выпадение осадка прекратится.

Зная V и концентрацию смешанных растворов, можно определить, будет ли выпадать осадок образующейся соли.

Пример: Образуется ли осадок СаСО₃ при смешивании равных объемов 0,02 М растворов CaCl₂ и NaCO₃? K_S(CaCO₃) = 5.10^-9.

После смешивания растворов [ С ] каждого из ионов стала в 2 раза меньше первоначальной, то есть 0,01моль/л, так как во столько же раз уменьшается концентрация каждой соли.

[Ca²⁺] x [CO₃^2-] = 0.01 x 0.01= 1 x 10^-4

Полученное значение больше константы растворимости K_SCaCO₃ и поэтому осадок образуется. На процесс образования осадка влияют следующие факторы:

- концентрация исходных растворов. [ С ] не должна быть слишком высокой или слишком малой. Не должно произойти значительного перенасыщения раствора, иначе образуется большое число центров кристаллизации и выпадает мелкокристаллический осадок.

 

- растворимость соединений, образующих осадок. Чем меньше растворимо соединение, тем более полно осаждается ион. Осаждение считается практически полным, когда остаточная концентрация осаждаемого иона в растворе меньше чем на 10^-6моль/л,

- Например, ионы Рb²⁺ могут осаждаться в виде хлоридов, сульфата и сульфида свинца. Растворимость (S) и константа растворимости (К_S) имеют следующие значения:

 

Таблица 2.

Значение S и K_s некоторых солей

	РbCl2	PbSO4	PbS
KS	1,6 х 10-5	1,6 х 10-8	2,5 х 10-27
S, моль/л	0,4 х 10-2	1,2 6 х 10-4	5,0 х 10-14

 

Сравнение величины К_S и S показывает, что наиболее растворимым соединением является хлорид свинца, менее растворимым PbS. Осаждение считается практически полным, когда остаточная концентрация осаждаемого иона в растворе меньше, чем 10^-6 моль/л. Значит, ионы свинца осаждаются практически полно в виде сульфида свинца. Необходимо принять во внимание большое значение К_S(PbCl₂), именно этим объясняется неполное отделение ионов Pb²⁺ от ионов Аq⁺ и Нg₂²⁺ при систематическом ходе анализа с помощью хлороводородной кислоты.

- влияние одноименного иона – понижает растворимость малорастворимых электролитов по закону действующих масс. Например, в процессе осаждения PbSO₄ -[(Pb²⁺) x [SO₄^2-] становится равным K_S(PbSO₄) и выпадение осадка прекращается. Устанавливается равновесие

_KS

PbSO₄ → Pb²⁺ + SO₄^2-

←

Добавление одноименных ионов в виде Na₂SO₄ или H₂SO₄ (как осадителей) приводит к более полному осаждению Рb²⁺ из раствора. Равновесие смещается влево, в сторону образования осадка, так как произведение [Pb²⁺] x [SO₄^2-] > K_S(PbSO₄). Но при большом избытке одноименного иона может наблюдаться повышение растворимости осадка и образование кислой соли: PbSO₄ + H₂SO₄ = Pb(HSO₄)₂.

На практике обычно берут не более чем полуторный избыток осадителя.

- влияние t⁰. t⁰увеличивает растворимость солей и K_S. Поэтому осаждение из растворов проводят при комнатной температуре.

Осаждение из подогретых растворов – при медленном охлаждении такого раствора происходит постепенный переход осадка из аморфного состояния в кристаллическое, что позволяет предотвратить образование коллоидных растворов.