Kết tủa hoặc kết tủa hóa học là một quá trình bao gồm sự hình thành chất rắn không hòa tan từ hỗn hợp của hai dung dịch đồng nhất. Không giống như mưa và tuyết, trong loại mưa này "mưa rắn" từ bề mặt chất lỏng.
Trong hai dung dịch đồng nhất các ion đều hòa tan trong nước. Khi những ion này tương tác với các ion khác (tại thời điểm trộn), tương tác tĩnh điện của chúng cho phép sự phát triển của tinh thể hoặc chất rắn dạng sền sệt. Do tác dụng của trọng lực, chất rắn này kết lại sẽ lắng xuống đáy vật liệu thủy tinh.
Sự kết tủa được điều chỉnh bởi sự cân bằng ion, điều này phụ thuộc vào nhiều biến số: từ nồng độ và bản chất của các loài can thiệp đến nhiệt độ nước và thời gian tiếp xúc cho phép của chất rắn với nước.
Ngoài ra, không phải tất cả các ion đều có khả năng thiết lập trạng thái cân bằng này, hoặc điều gì cũng giống nhau, không phải tất cả đều có thể bão hòa dung dịch ở nồng độ rất thấp. Ví dụ, để kết tủa NaCl, cần phải làm bay hơi nước hoặc thêm nhiều muối.
Một dung dịch bão hòa có nghĩa là nó không thể hòa tan bất kỳ chất rắn nào nữa, vì vậy nó kết tủa. Chính vì lý do này mà kết tủa cũng là một dấu hiệu rõ ràng cho thấy dung dịch đã bão hòa.
Phản ứng kết tủa
Xét một dung dịch có các ion A hòa tan và dung dịch còn lại có các ion B, khi trộn lẫn, phương trình hóa học của phản ứng dự đoán:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Tuy nhiên, hầu như không thể có A và B đơn lẻ ban đầu, nhất thiết phải đi kèm với các ion khác có điện tích trái dấu.
Trong trường hợp này, A + tạo thành một hợp chất hòa tan với C - loài , và B - cũng làm như vậy với D + loài . Do đó, phương trình hóa học bây giờ bổ sung thêm loài mới:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Loài A + thế chỗ Loài D + tạo thành vật rắn AB; đến lượt loài C - thay thế B - để tạo thành chất rắn hòa tan DC.
Tức là xảy ra chuyển vị kép (phản ứng metathesis). Vậy phản ứng tạo kết tủa là phản ứng dịch chuyển ion kép.
Ví dụ trong hình trên, cốc chứa các tinh thể vàng của chì (II) iotua (PbI 2 ), một sản phẩm của phản ứng được gọi là "mưa vàng":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Theo phương trình trước, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + và B = I - .
Sự hình thành của kết tủa
Thành cốc cho thấy nước ngưng tụ do nhiệt độ cao. Nước được đun nóng vào mục đích gì? Để làm chậm quá trình hình thành các tinh thể PbI 2 và làm nổi bật hiệu ứng của vòi hoa sen vàng.
Khi gặp hai tôi - anion , Pb 2+ cation dạng một hạt nhân nhỏ của ba ion, đó là không đủ để xây dựng một tinh thể. Tương tự như vậy, trong các vùng khác của dung dịch, các ion khác cũng tập hợp lại để tạo thành hạt nhân; Quá trình này được gọi là quá trình tạo mầm.
Những hạt nhân này thu hút các ion khác, và do đó nó phát triển để tạo thành các hạt keo, gây ra vẩn đục màu vàng của dung dịch.
Theo cách tương tự, những hạt này tương tác với những hạt khác để gây ra cục máu đông, và những cục máu đông này với những hạt khác, cuối cùng tạo ra kết tủa.
Tuy nhiên, khi điều này xảy ra, kết tủa có dạng sền sệt, với những điểm sáng của một số tinh thể "lang thang" trong dung dịch. Điều này là do tốc độ tạo mầm lớn hơn tốc độ tăng trưởng của hạt nhân.
Mặt khác, sự phát triển tối đa của một hạt nhân được phản ánh trong một tinh thể rực rỡ. Để đảm bảo tinh thể này, dung dịch phải hơi bão hòa, điều này đạt được bằng cách tăng nhiệt độ trước khi kết tủa.
Do đó, khi dung dịch nguội đi, các hạt nhân có đủ thời gian để phát triển. Hơn nữa, vì nồng độ của các muối không quá cao, nên nhiệt độ sẽ kiểm soát quá trình tạo mầm. Do đó, cả hai biến đều có lợi cho sự xuất hiện của tinh thể PbI 2 .
Sản phẩm hòa tan
PbI 2 thiết lập trạng thái cân bằng giữa nó và các ion trong dung dịch:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Hằng số của cân bằng này được gọi là hằng số tích số tan, K ps . Thuật ngữ "sản phẩm" đề cập đến phép nhân nồng độ của các ion tạo nên chất rắn:
K ps = 2
Ở đây chất rắn được tạo thành từ các ion được biểu thị trong phương trình; tuy nhiên, nó không xem xét chất rắn trong các tính toán này.
Nồng độ của ion Pb 2+ và ion I - bằng độ tan của PbI 2 . Tức là, bằng cách xác định độ hòa tan của một trong những chất này, có thể tính được độ tan của chất kia và hằng số K ps .
Giá trị K ps của các hợp chất ít tan trong nước là gì? Nó là thước đo mức độ không hòa tan của hợp chất ở một nhiệt độ nhất định (25ºC). Do đó, K ps càng nhỏ thì càng không hòa tan.
Do đó, bằng cách so sánh giá trị này với giá trị của các hợp chất khác, có thể dự đoán cặp nào (ví dụ: AB và DC) sẽ kết tủa trước. Trong trường hợp của hợp chất giả định DC, K ps của nó có thể cao đến mức cần nồng độ D + hoặc C - trong dung dịch cao hơn để kết tủa .
Đây là chìa khóa của cái được gọi là lượng mưa phân đoạn. Tương tự như vậy, khi biết K ps đối với một muối không tan, có thể tính được lượng tối thiểu để kết tủa nó trong một lít nước.
Tuy nhiên, trong trường hợp KNO 3 không có trạng thái cân bằng như vậy nên nó thiếu K ps . Trên thực tế, nó là một loại muối hòa tan nhiều trong nước.
Ví dụ
Phản ứng kết tủa là một trong những quá trình làm phong phú thêm thế giới phản ứng hóa học. Một số ví dụ bổ sung (ngoài cơn mưa vàng) là:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Hình ảnh trên cùng minh họa sự hình thành kết tủa bạc clorua trắng. Nói chung, hầu hết các hợp chất bạc có màu trắng.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Bari sunfat tạo thành kết tủa trắng.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Kết tủa hơi xanh của đồng bazơ (II) sunfat tạo thành.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Kết tủa màu cam của bạc cromat tạo thành.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Kết tủa trắng của canxi cacbonat, còn được gọi là đá vôi, hình thành.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Cuối cùng, kết tủa màu da cam của sắt (III) hydroxit tạo thành. Bằng cách này, phản ứng kết tủa tạo ra bất kỳ hợp chất nào.
Người giới thiệu
- Day, R., & Underwood, A. Hóa học phân tích định lượng (xuất bản lần thứ 5). PEARSON Prentice Hall, trang 97-103.
- Der Kreole. (Ngày 6 tháng 3 năm 2011). Mưa vàng. . Được lấy vào ngày 18 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
- Tiến sĩ Anne Marie Helmenstine (Ngày 9 tháng 4 năm 2017). Định nghĩa phản ứng kết tủa. Được lấy vào ngày 18 tháng 4 năm 2018, từ: thinkco.com
- Nguyên lý của le Châtelier: Phản ứng tạo kết tủa. Được lấy vào ngày 18 tháng 4 năm 2018, từ: digipac.ca
- Giáo sư Botch. Các phản ứng hóa học I: Phương trình ion thuần. Được truy cập vào ngày 18 tháng 4 năm 2018, từ: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (Ngày 8 tháng 10 năm 2012). Bạc clorua (AgCl). . Được lấy vào ngày 18 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Learning, tr 150, 153, 776-786.