Какие бывают осадки в химии


Представим себе такую ситуацию:

Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно  остались лежать неподалеку. При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.

В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций.

Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.

Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:

Данный метод  может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.

Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет.

В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов.

В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?

Возможны два варианта:


  • Одно вещество реагирует с добавленным реагентом, а второе нет. При этом обязательно, должно быть ясно видно, что реакция одного из исходных веществ с добавленным реагентом действительно прошла, то есть наблюдается какой-либо ее внешний признак — выпадал осадок, выделился газ, произошло изменение цвета и т.п.

Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор:

Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок:

2NaOH + MgCl2 = Mg(OH)2 ↓+ 2NaCl

2) также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.

Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра  можно с помощью раствора соляной кислоты.


с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО2):

2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2

а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl

HCl + AgNO3 =  HNO3 + AgCl↓

Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:

Качественные реакции на катионы

Качественные реакции на анионы

Источник: scienceforyou.ru

Химические осадки образуются обычно в существующих или существовавших морских или замкнутых бассейнах.

В том случае, когда раствор морской или иной воды достаточно концентрирован, из раствора выпадают содержащиеся в нем вещества в известной последовательности, обусловленной: 1) относительным количеством этих солей, 2) степенью их растворимости, 3) взаимным влиянием солей, присутствующих в растворе.

При осаждении солей из морских вод первым обычно выпадает наименее растворимый в воде гипс или ангидрит, позже выделяется хлористый натрий.

В некоторых случаях после выделения гипса и хлористого натрия в замкнутом бассейне остаются маточные растворы и при дальнейшей концентрации растворов из них выпадают наиболее легко растворимые калийные и магнезиальные соли в виде хлористых и сернокислых соединений.


Остановимся более подробно на характеристике только наиболее важных в практическом отношении химических осадков.

Каменная соль. Каменная соль обыкновенно зернистая, нередко крупнозернистая, редко волокнистая (в отдельных небольших участках); бесцветная, благодаря различным примесям окрашивается в серый, красный, желтый, бурый, синий, зеленый и другие цвета. В ней присутствуют иногда небольшие количества хлористого магния и хлористого кальция, придающие ей гигроскопичность. Нередко примешаны глинистые частицы, сообщающие каменной соли серую или зеленоватую окраску, также иногда кристаллики и зерна кварца, ангидрита, пирита.

Каменная соль в большинстве случаев образует слои (Артемовен в Донбассе), линзовидные залежи и штоки (Илецкая Защита), иногда огромных размеров. Так, например, мощность пластов соли в Артемовском районе достигает больших размеров; пласты соли занимают значительную площадь между Артемовском и Славянском. Скважина, заложенная в районе г. Ромны (в Полтавской области), около 300 км к северо-западу от Артемовска, встретила каменную соль, образующую здесь по всем признакам купола.

Иногда слои каменной соли отчетливо чередуются с прослоями ангидрита.

Каменная соль отлагалась в разные периоды жизни земного шара и сохранилась начиная от силура; отлагается и в наше время.


Образование каменной соли в настоящее время мы наблюдаем, между прочим, в озерах Астраханского района (Баскунчакское, Эльтон и др.). Большая часть месторождений каменной соли образовалась в пермский, триасовый и третичный периоды.

В пределах России крупнейшие залежи каменной соли имеются в Донбассе (Артемовен—Славянск), в Илецкой Защите (около Оренбурга) и в других местах. В Соликамске-Чердынском районе в последнее время наряду с огромными залежами поваренной соли установлены крупнейшие в мире запасы калийных и магнезиальных, главным образом хлористых солей (сильвина, карналлита и др.).

В том случае, когда одновременно с каменной солью отлагается и глина, может получиться соленосная глина.

Гипс образуется часто одновременно с каменной солью или сопровождает ее. То крупнокристаллический, то мелкозернистый до плотного, реже волокнистый, он имеет белый, а благодаря примесям — бурый, красноватый или иные цвета. Образуем залежи, линзы и штоковидные массы, сопровождаемые каменной солью, а также глинами, мергелями, известняками, ангидритом.

В пределах России особенно крупные месторождения этой широко используемой в строительном деле породы имеются в Горьковском крае, на Украине, около Илецкой Защиты, по, берегам Северной Двины и в других местах.

Ангидрит, часто сопровождающий каменную соль, по большей части довольно плотный, реже крупнозернистый, чаще белый, иногда окрашен в буроватый, красноватый, синеватый цвета.


Все химические осадки, представленные галоидными и сернокислыми соединениями Na, К, Ca, Mg, устойчивы лишь в условиях поверхности земли; при переходе их в условия, где играют роль метаморфические процессы, они полностью выщелачиваются из мест своего нахождения.

Калийно-магнезиальные соли. В верхних горизонтах залежей каменной соли иногда накапливаются, в ряде случаев в виде мощных слоев, наиболее легко растворимые хлористые и сернокислые соли калия и магния. К числу этих месторождений относятся Стассфуртское, Соликамское, Карпатское и др. Эти соли представлены следующими минералами: карналлит — MgCl2*KCl*6H2O; кизерит — MgSO4*H2O; полигалит — 2CaSO4*MgSO4*K2SO4*2Н2O; каинит — MgSO4*KCl*3Н2O; тенардит — Na2SO4; сильвин — KCl; мирабилит — Na2SO4*10H2O»; бишофит — MgCl2*6Н2O.

Последовательность выпадения и кристаллизации солей наилучше изучена в Стассфуртских месторождениях. Здесь залегает мощный пласт каменной соли (95%) с тонкими прослоями гипса (5%), выше которого следуют: полигалитовая зона с содержанием 91% каменной соли, 7% полигалита и некоторой примесью ангидрита и хлористого магния; кизеритовая зона с 65% каменной соли, 17% кизерита и некоторой примссыо карналлита, хлористого магния и ангидрита; вверху карналлитовая зона с 25% каменной соли, 55% карналлита, 16% кизерита и с примесью каинита, сильвина, ангидрита и др.

В районе Соликамска имеется крупнейшее месторождение калийных солей, согласно академику Курнакову, 75% составляет каменная соль с карналлитом, остальные 25% — каменная соль с сильвинитом.


Здесь на глинисто-ангидритовой толще располагается толща каменной соли, выше которой следуют: сильвинитовая толща — каменная соль с сильвинитом; карналлитовая толща — каменная соль с карналлитом, которая и связи с выщелачиванием из карналлита хлористого магния обогащается сильвинитом; за верхней зоной сильвинита—верхняя толща каменной соли и верхняя гипсоносная толща, с предыдущей переходной зоной, в которой каменная соль смешана с глиной.

В Соликамском районе Разумовская различает три группы галоидных пород:

1) породы мономинеральные (сильвинит — из одного сильвина, галитит — из одного галита, карналлитит — из одного карналлита);

2) породы биминеральные (сильв и новый галитит, сильвиновый карналлитит, галитовый сильвинит, галитовый карналлитит, карналлитовый галитит, карналлитовый сильвинит);

3) породы триминеральные.

Структуры этих пород могут быть первичными — кристаллически-зернистые и зональные: в жилах на б подаются также структуры параллельно-волокнистые. Mогут наблюдаться также структуры вторичной перекристаллизации, в частности кристаллобластические, связанные с различной степенью кристаллизации отдельных минералов. Мелкая плойчатость и брекчиевые структуры образовались благодаря текучести минералов, входящих в состав галоидных пород, под влиянием механического воздействия. Сильвиниты являются породами вторичного происхождения: они произошли за счет динамо- и гидатометаморфизации карналлита.


Бокситы. Это обычно красные, разных оттенков, оолитовые, мажущие породы, которые занимают по существу промежуточное место между химическими и кластическими осадками. В минералогическом отношении эти породы характеризуются присутствием гидраргиллита (гиббсита) — Al2O3*3H2О, с содержанием Аl2О3 около 66% или диаспорa — Al2O3*H2O, с содержанием Al2O3 до 85%. Обычно в этих породах присутствуют, кроме того, более или менее значительные количества окислов железа, преимущественно в виде гидрогематита, с содержанием до 90% Fe2O3 и небольшого количества воды, и каолинита в виде тонких чешуек и частиц неясных очертаний (коллоидных). В химическом отношении эти породы Характеризуются большим содержанием Al2O3, но далеко не постоянным. Кроме того, как главные примеси присутствуют Fe2O3, SiO2 и TiO2.

Содержание в бокситах кремнекислоты связано с присутствием каолинита.

Среди бокситов, в зависимости от их минералогического состава, различают гидраргиллитовые (гиббситовые) бокситы, главной составной частью которых является трехгидратный минерал гиббсит, и диаспоровые бокситы, с главным минералом диаспором. Соответствующая номенклатура, приобретающая все большее значение, будет: для трехгидратньп бокситов — гиббситит, для моногидратннх бокситов — диаспорит.

В зависимости от структуры среди трехгидратных бокситов (гиббсититов) различают: 1) каменистые бокситы, сильно сцементированные тонкозернистым до коллоидного агрегатом гиббсита, с трудом разбиваемые молотком; 2) рыхлые бокситы, обычно обогащенные каолинитом, сравнительно слабо сцементированные, при ударе молотком рассыпающиеся на мелкие куски; 3) глинистые бокситы с глинистой структурой, обычно также обогащенные каолинитом; 4) наконец, бокситовые глины, в которых каолинит является главной составной частью.


оме того, имеется особенно ценная разность, носящая название пластичного гиббсита, главной составной частью которой является коллоидный гиббситнт, содержащий до 55% и более глинозема и обладающий в мокром состоянии значительной пластичностью.

Гиббсититы приурочены к меловым и нижнетретичным отложениям Среднего Урала; с примесью Al2O3*H2O они развиты в районе Тихвина.

Более богатые глиноземом моногидратные бокситы (диаспориты), как и гиббсититы, обладают оолитовой структурой и окрашены в красные цвета различных оттенков. Пользуются широким распространением в районах Северного и Южного Урала. В них иногда примешаны мелкие кристаллы корунда.

Бокситы — ценнейшая руда на алюминий.

Латеритами называют продукты преобразования в условиях субтропического и в особенности тропического климата глиноземсодержащих магматических и иных пород. Из них выщелочены SiO2, CaO, MgO, щелочи, в результате чего получаются породы, сильно обогащенные глиноземом (Африканские месторождения латеритов).

Источник: www.tnaant.ru


Образовавшиеся первичные кристаллы еще не создают поверхности раздела, т. е. образование этих первых частиц твердой фазы и соединение их (агрегация) в более крупные, состоящие из десятков, сотен молекул, еще не вызывает выделения вещества в осадок. Эта стадия формирования осадка соответствует существованию коллоидных систем. Затем первичные кристаллы или их агрегаты образуют более крупные частицы и выпадают в осадок. Этот процесс может идти двумя путями, которые определяют форму осадка, т. е. образование кристаллического или аморфного осадка. В первом случае при прибавлении в раствор порций осаждающего реагента не появляются новые центры кристаллизации, новые агрегаты. Раствор некоторое время остается в пересыщенном состоянии.

При постепенном введений осадителя выделение вещества из пересыщенного раствора происходит преимущественно на поверхности ранее образовавшихся зародышевых кристаллов, которые постепенно растут, так что в конце концов получается кристаллический осадок, состоящий из сравнительно небольшого числа относительно крупных кристаллов.

Так идет осаждение обычно тогда, когда растворимость осадка не слишком мала, особенно если приняты меры к повышению ее путем нагревания или прибавления тех или иных реактивов, например кислот.

Иначе происходит процесс образования аморфных осадков. В этом случае прибавление каждой порции осадителя вызывает быстрое возникновение в жидкости огромного количества мельчайших зародышевых кристаллов, которые растут уже не вследствие отложения на их поверхности соответствующего вещества, а в результате их соединения в более крупные, агрегаты, оседающие под влиянием силы тяжести на дно сосуда. Другими словами, происходит коагуляция первоначально образующегося коллоидного раствора.


Поскольку связь между отдельными зародышевыми кристаллами в получающихся агрегатах сравнительно непрочная, эти агрегаты могут снова распадаться с образованием коллоидного раствора.

Как видно из сказанного, называть эти осадки аморфными не совсем правильно. Правильнее было бы называть их «скрытокри-сталлическими», поскольку они образуются из кристаллов, хотя и мельчайших. Действительно, наличие кристаллической решетки у аморфных осадков может быть в большинстве случаев доказано на опыте путем исследования их с помощью рентгеновских лучей, а иногда и под микроскопом.

Форма выделяющегося осадка зависит от индивидуальных свойств веществ. Например, полярные, сравнительно хорошо рас-, творимые вещества (BaSO4, AgCl, PbSO4 и т. п.) выпадают в кристаллическом состоянии.

Но та или иная форма осадка не только связана с индивидуальными свойствами вещества, но и зависит от условий осаждения. Например, при осаждении из разбавленных водных растворов BaSO4 выпадает в виде кристаллического осадка. Если, однако, осаждать его из смеси воды с 30—60% спирта, сильно понижающего растворимость сульфата бария, то образуется коллоидный раствор или аморфный осадок. С другой стороны, осаждая сульфиды в присутствии пиридина C5H5N, получают’ некоторые из них в виде кристаллов. Можно считать экспериментально

доказанным, что любое вещество может быть получено как в виде кристаллического, так и в виде аморфного осадка. Однако образование одной из этих форм обычно связано с созданием таких условий, которые неприемлемы при количественных определениях. Поэтому, в зависимости от индивидуальных свойств образующихся соединений, одни из них получаются при анализе в виде кристаллических, другие — в виде аморфных осадков. Задача аналитика состоит в том, чтобы создать условия, при которых выпадающий осадок был бы возможно более чистым и удобным для дальнейшей обработки, т. е. для отделения фильтрованием и промывания.

В заключение следует сказать, что если свежеосажденный осадок оставить на некоторое время под маточным раствором, то осадок претерпевает ряд изменений, которые называются «старением» осадка.

Оптимальные условия осаждения и старения оказываются весьма различными в случае образования аморфных и кристаллических осадков.

Источник: www.chemical-analysis.ru

Образовавшиеся первичные кристаллы еще не создают поверхности раздела, т. е. образование этих первых частиц твердой фазы и соединение их (агрегация) в более крупные, состоящие из десятков, сотен молекул, еще не вызывает выделения вещества в осадок. Эта стадия формирования осадка соответствует существованию коллоидных систем. Затем первичные кристаллы или их агрегаты образуют более крупные частицы и выпадают в осадок. Этот процесс может идти двумя путями, которые определяют форму осадка, т. е. образование кристаллического или аморфного осадка. В первом случае при прибавлении в раствор порций осаждающего реагента не появляются новые центры кристаллизации, новые агрегаты. Раствор некоторое время остается в пересыщенном состоянии.

При постепенном введений осадителя выделение вещества из пересыщенного раствора происходит преимущественно на поверхности ранее образовавшихся зародышевых кристаллов, которые постепенно растут, так что в конце концов получается кристаллический осадок, состоящий из сравнительно небольшого числа относительно крупных кристаллов.

Так идет осаждение обычно тогда, когда растворимость осадка не слишком мала, особенно если приняты меры к повышению ее путем нагревания или прибавления тех или иных реактивов, например кислот.

Иначе происходит процесс образования аморфных осадков. В этом случае прибавление каждой порции осадителя вызывает быстрое возникновение в жидкости огромного количества мельчайших зародышевых кристаллов, которые растут уже не вследствие отложения на их поверхности соответствующего вещества, а в результате их соединения в более крупные, агрегаты, оседающие под влиянием силы тяжести на дно сосуда. Другими словами, происходит коагуляция первоначально образующегося коллоидного раствора.

Поскольку связь между отдельными зародышевыми кристаллами в получающихся агрегатах сравнительно непрочная, эти агрегаты могут снова распадаться с образованием коллоидного раствора.

Как видно из сказанного, называть эти осадки аморфными не совсем правильно. Правильнее было бы называть их «скрытокри-сталлическими», поскольку они образуются из кристаллов, хотя и мельчайших. Действительно, наличие кристаллической решетки у аморфных осадков может быть в большинстве случаев доказано на опыте путем исследования их с помощью рентгеновских лучей, а иногда и под микроскопом.

Форма выделяющегося осадка зависит от индивидуальных свойств веществ. Например, полярные, сравнительно хорошо рас-, творимые вещества (BaSO4, AgCl, PbSO4 и т. п.) выпадают в кристаллическом состоянии.

Но та или иная форма осадка не только связана с индивидуальными свойствами вещества, но и зависит от условий осаждения. Например, при осаждении из разбавленных водных растворов BaSO4 выпадает в виде кристаллического осадка. Если, однако, осаждать его из смеси воды с 30—60% спирта, сильно понижающего растворимость сульфата бария, то образуется коллоидный раствор или аморфный осадок. С другой стороны, осаждая сульфиды в присутствии пиридина C5H5N, получают’ некоторые из них в виде кристаллов. Можно считать экспериментально

доказанным, что любое вещество может быть получено как в виде кристаллического, так и в виде аморфного осадка. Однако образование одной из этих форм обычно связано с созданием таких условий, которые неприемлемы при количественных определениях. Поэтому, в зависимости от индивидуальных свойств образующихся соединений, одни из них получаются при анализе в виде кристаллических, другие — в виде аморфных осадков. Задача аналитика состоит в том, чтобы создать условия, при которых выпадающий осадок был бы возможно более чистым и удобным для дальнейшей обработки, т. е. для отделения фильтрованием и промывания.

В заключение следует сказать, что если свежеосажденный осадок оставить на некоторое время под маточным раствором, то осадок претерпевает ряд изменений, которые называются «старением» осадка.

Оптимальные условия осаждения и старения оказываются весьма различными в случае образования аморфных и кристаллических осадков.

Источник: www.chemical-analysis.ru

Если произведение концентраций ионов (ионное произ­ведение) труднорастворимого электролита меньше его произведения растворимости, раствор является нена­сыщенным. В тот момент, когда ионное произведение достигнет величины ПР данного электролита, раствор станет .насыщенным относительно этого электролита. Если ионное произведение превысит величину ПР, начинается выпадение осадка:

i[Ag+]'[Cl~] <npAgci — ненасыщенный раствор;

i[Ag+]i[Cl~] =nPAgci —насыщенный раствор;

:[Ag+] [Cl~] >nPAgci —пересыщенный [раствор.

Осадок образуется в том случае, когда произведение концентраций . ионов малорастворимого электролита превысит величину произведения растворимости электро­лита при данной температуре.

Когда ионное произведение станет равным величине ПР, выпадение осадка прекращается. Зная объем и кон­центрацию смешиваемых растворов, можно рассчитать, будет ли выпадать осадок образующейся соли.

Пример. Выпадает ли осадок при смешении равных объемов 0,2 М растворов РЬ(.ЫОз)2 и NaCl? ПРрьс12=2,4-10~4.

Решение. При смешении объем раствора возрастет вдвое и концентрация каждого иэ> веществ уменьшится вдвое, т. е. станет 0,1 М или 1-Ю-1 моль/л. Таковы же будут концентрации РЬ2+ и С1~. Следовательно

[РЬ2+] [СГ]2= 1 • 10-1-(1 • Ю-1)2 = Ы0-».

Полученная величина превышает ПРрьа2 (2,4-Ю-4). Поэтому часть соли PbCfo выпадет в осадок.

Из всего сказанного выше мы можем сделать вывод о влиянии различных факторов на образование осадков.

1. Влияние концентрации растворов. Трудиораство-римый электролит с достаточно большой величиной ‘ПР нельзя осадить из разбавленных растворов. Например, осадок РЬСЬ не будет выпадать при смешении равных объемов 0,1 М растворов Pb(N03)2 и NaCl.

При смешении равных объемов концентрации каждо­го из веществ станут 0,1 : 2 = 0,05 М или 5-10 ~2 моль/л. Ионное произведение

[РЬ2+] [СГ]2 = 5- Ю-2 (5- Ю-2)2 = 12,5-10-».

Полученная величина меньше ПРРьс12. следовательно выпадения осадка не произойдет.

2.  Влияние количества осадителя. Для возможно более полного осаждения употребляют избыток осадителя.
Например, осаждаем соль ВаС03:

ВаС12 + Na2C03 = BaC03J + 2NaCl

После прибавления эквивалентного количества Ыа2СОз в растворе остаются ионы Ва2+, концентрация которых обусловлена величиной ПР. Повышение концентрации ионов СО!”, вызванное прибавлением избытка осадителя (Na2C03), повлечет за собой соответственное уменьше­ние концентрации ионов Ва2+ в растворе, т. е. увеличит полноту осаждения этого иона. Однако большого избыт­ка осадителя следует избегать по ряду причин (образо­вание комплексных солей, кислых солей и пр.). На прак­тике обычно употребляют не более чем полуторный из­быток осадителя.

Большое значение имеет степень диссоциации осади­теля. Концентрация ионов, вступающих в реакцию, у слабого электролита во ‘много раз меньше концентрации самого электролита, а следовательно, осаждение мало-диссоциированным реактивом будет гораздо менее пол­ным.

3.  Влияние одноименного иона. Растворимость труднорастворимых электролитов понижается в присутствии
других сильных электролитов, имеющих одноименные ионы.

Если к ненасыщенному раствору BaS04 прибавлять понемногу раствор Na2S04, то ионное произведение, которое ‘было сначала меньше nPBaso4 (1,1-Ю-10), постепенно достигнет ПР и превысит его. Начнется выпадение осадка.

Соли с одноименным ионом понижают растворимость солей с довольно большой растворимостью.

4.   Солевой эффект. Соли, не имеющие одноименного иона, тоже влияют на растворимость электролитов, но влияни  в данном случае противоположное: растворимость электролита повышается. Так, например, раство римость PbS04 повышается в присутствии нитратов калия или натрия, а растворимость AgCl повышается в присутствии сульфатов «атрия или калия. Описанное явление называется солевым эффектом.

5. Влияние температуры. Произведение растворимо­сти является постоянной величиной при постоянной тем­пературе. С увеличением температуры величина произ­ведения растворимости возрастает, поэтому осаждение, как правило, проводят из холодных растворов. Осаж­дение из горячих растворов проводят лишь тогда, когда температура благоприятно влияет на характер осадка (переход из аморфного состояния в кристаллическое, предотвращение образования коллоидных растворов и т. д.).

Источник: 505days.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.