Det bunnfall eller kjemisk felling, er en prosess som består i dannelsen av et uoppløselig faststoff fra blandingen av to homogene oppløsninger. I motsetning til nedbør av regn og snø, i denne typen nedbør "regner det fast" fra væskeoverflaten.
I to homogene oppløsninger blir ioner oppløst i vann. Når disse samhandler med andre ioner (på tidspunktet for blanding), tillater deres elektrostatiske interaksjoner vekst av et krystall eller et gelatinøst faststoff. På grunn av tyngdekraften ender dette faste stoffet ned på bunnen av glassmaterialet.
Nedbør styres av en ionisk balanse, som avhenger av mange variabler: fra konsentrasjonen og naturen til den mellomliggende art til vanntemperaturen og den tillatte kontakttiden for det faste stoffet med vannet.
I tillegg er ikke alle ioner i stand til å etablere denne likevekten, eller hva som er det samme, ikke alle kan mette løsningen ved veldig lave konsentrasjoner. For å felle ut NaCl, er det for eksempel nødvendig å fordampe vannet eller tilsette mer salt.
En mettet løsning betyr at den ikke kan løse opp noe mer fast stoff, slik at den faller ut. Det er av denne grunn at nedbør også er et tydelig tegn på at løsningen er mettet.
Nedbørreaksjon
Tatt i betraktning en løsning med oppløste A-ioner og den andre med B-ioner, når den blandes, spår den kjemiske ligningen 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 C - arten , og B - gjør det samme med D + - arten . Dermed legger den kjemiske ligningen nå til den nye arten:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Arter A + fortrenger Arten D + for å danne solid AB; på sin side fortrenger arten C - fortrenger B - for å danne det oppløselige faste DC.
Det vil si at dobbeltforskyvninger forekommer (metatesereaksjon). Så nedbørreaksjonen er en dobbel ionefortrengningsreaksjon.
For eksempelet på bildet over inneholder begerglasset gullkrystaller av bly (II) jodid (PbI 2 ), et produkt av den såkalte " gulldusj " -reaksjonen:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
I henhold til forrige ligning er A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + og B = I - .
Dannelse av bunnfallet
Veggene i begerglasset viser kondensert vann fra den intense varmen. Til hvilket formål blir vannet oppvarmet? For å bremse dannelsesprosessen til PbI 2- krystaller og fremheve effekten av den gyldne dusjen.
Når du møter to I - anioner , danner Pb 2+ -kationen en ørliten kjerne av tre ioner, som ikke er nok til å bygge en krystall. På samme måte samles andre ioner i andre regioner av løsningen for å danne kjerner; Denne prosessen er kjent som nucleation.
Disse kjernene tiltrekker seg andre ioner, og dermed vokser de til å danne kolloidale partikler, som er ansvarlige for løsningenes gule uklarhet.
På samme måte samhandler disse partiklene med andre for å forårsake koagulater, og disse koagulerer med andre for å til slutt stamme bunnfallet.
Når dette skjer, er bunnfallet gelatinøst, med lyse hint av noen krystaller "vandrende" gjennom løsningen. Dette er fordi kjerneforholdet er større enn kjernenes vekst.
På den annen side gjenspeiles den maksimale veksten av en kjerne i en strålende krystall. For å garantere denne krystallen må løsningen være litt overmettet, noe som oppnås ved å øke temperaturen før utfelling.
Når løsningen avkjøles, har kjernene tilstrekkelig tid til å vokse. Siden konsentrasjonen av saltene ikke er veldig høy, styrer temperaturen videre kjerneprosess. Følgelig er begge variablene nytte utseendet av PBI 2 krystaller .
Løselighetsprodukt
PbI 2 etablerer en likevekt mellom den og ionene i løsningen:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Konstanten i denne likevekten kalles løselighetsproduktkonstanten, K ps . Uttrykket "produkt" refererer til multiplikasjon av konsentrasjonene av ionene som utgjør det faste stoffet:
K ps = 2
Her består det faste stoffet av ionene uttrykt i ligningen; den vurderer imidlertid ikke den faste i disse beregningene.
Konsentrasjonene av Pb 2+ ioner og I - ioner er lik løseligheten av PBI 2 . Det vil si ved å bestemme løseligheten til en av disse, kan den for den andre og den konstante K ps beregnes .
Hva er K ps- verdiene for lite vannløselige forbindelser for? Det er et mål på graden av uoppløselighet av forbindelsen ved en viss temperatur (25 ºC). Jo mindre en K ps er , desto mer uoppløselig er den.
Ved å sammenligne denne verdien med andre forbindelser kan det derfor forutses hvilket par (f.eks. AB og DC) som først vil utfalle. Når det gjelder den hypotetiske forbindelsen DC, kan K ps være så høy at den krever høyere konsentrasjoner av D + eller C - i oppløsning for å utfelle .
Dette er nøkkelen til det som kalles brøknedbør. På samme måte som å kjenne K ps for et uoppløselig salt, kan minste mengde for å utfelle det i en liter vann beregnes.
For KNO 3 er det imidlertid ingen slik likevekt, så den mangler K ps . Faktisk er det et sterkt løselig salt i vann.
eksempler
Utfellingsreaksjoner er en av prosessene som beriker verden av kjemiske reaksjoner. Noen flere eksempler (foruten den gyldne dusjen) er:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Det øverste bildet illustrerer dannelsen av det hvite sølvkloridbunnfallet. Generelt har de fleste sølvforbindelser hvite farger.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Det dannes et hvitt bunnfall av bariumsulfat.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Det blåaktige bunnfallet av dibasisk kobber (II) sulfat dannes.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Det oransje bunnfallet av sølvkromatformer.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Det hvite bunnfallet av kalsiumkarbonat, også kjent som kalkstein, dannes.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Til slutt danner det oransje bunnfall av jern (III) hydroksyd. På denne måten produserer nedbørreaksjoner enhver forbindelse.
referanser
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5. utg.). PEARSON Prentice Hall, s 97-103.
- Der Kreole. (6. mars 2011). Gullregn. . Hentet 18. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (9. april 2017). Definisjon av presipitasjonsreaksjon. Hentet 18. april 2018, fra: thoughtco.com
- le Châteliers prinsipp: Utfellingsreaksjoner. Hentet 18. april 2018, fra: digipac.ca
- Professor Botch. Kjemiske reaksjoner I: Netto ioniske ligninger. Hentet 18. april 2018, fra: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8. oktober 2012). Sølvklorid (AgCl). . Hentet 18. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 150, 153, 776-786.