המשקע או המשקעים כימיים הוא תהליך מורכב ההיווצרות של מוצקים מסיסים מן התערובת של שני פתרונות הומוגניים. שלא כמו משקעים של גשמים ושלגים, בסוג זה של משקעים "יורד גשם מוצק" מעל פני הנוזל.
בשני פתרונות הומוגניים מומסים יונים במים. כאשר אלה מתקשרים עם יונים אחרים (בזמן הערבוב), האינטראקציות האלקטרוסטטיות שלהם מאפשרות צמיחת גביש או מוצק ג'לטיני. בשל השפעת הכובד, מוצק זה בסופו של דבר להפקיד על קרקעית חומר הזכוכית.
משקעים נשלטים על ידי איזון יוני, התלוי במשתנים רבים: מהריכוז ואופי המין המתערב לטמפרטורת המים וזמן הקשר המותר של המוצק עם המים.
בנוסף, לא כל היונים מסוגלים לבסס את שיווי המשקל הזה, או מה שהוא אותו דבר, לא כולם יכולים להרוות את התמיסה בריכוזים נמוכים מאוד. לדוגמא, כדי לזרז את NaCl, יש לאדות את המים או להוסיף עוד מלח.
פתרון רווי פירושו שהוא לא יכול להמיס מוצק יותר ולכן הוא יורד. מסיבה זו משקעים הם גם סימן ברור לכך שהתמיסה רוויה.
תגובת משקעים
בהתחשב בפתרון עם יוני A מומסים והשני עם יוני B, כאשר מעורבים, המשוואה הכימית של התגובה חוזה:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (ים)
עם זאת, "כמעט" בלתי אפשרי עבור A ו- B להיות לבד בתחילה, בהכרח צריך להיות מלווה ביונים אחרים עם מטענים הפוכים.
במקרה זה, + יוצר תרכובת מסיסה עם C - מינים , ו- B - עושה אותו הדבר עם D + המינים . לפיכך, המשוואה הכימית מוסיפה כעת את המין החדש:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
מינים A + נעקרים מינים D + ליצירת AB מוצק; בתורו, המין C - נעקר מ- B - ליצירת ה- DC המוצק המסיס.
כלומר, עקרות כפולות מתרחשות (תגובת מטתזה). אז תגובת המשקעים היא תגובה עקירה כפולה של יונים.
לדוגמה בתמונה למעלה, הכוס מכילה גבישי זהב של עופרת (II) יוד (PbI 2 ), תוצר של מה שמכונה תגובת "מקלחת זהב":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
על פי המשוואה הקודמת, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + ו- B = I - .
היווצרות המשקעים
על קירות הכוסית מופיעים מים מרוכזים מהחום העז. לאיזו מטרה מחממים המים? להאט את תהליך ההיווצרות של גבישים PbI 2 ולהדגיש את השפעת המקלחת המוזהבת.
כאשר פוגשים שני ואני - אניונים , את Pb 2+ קטיון צורות גרעין זעיר של שלוש יונים, וזה לא מספיק כדי לבנות קריסטל. באופן דומה, באזורים אחרים של הפיתרון גם יונים אחרים מתאספים ויוצרים גרעינים; תהליך זה ידוע בשם גרעין.
גרעינים אלה מושכים אליהם יונים אחרים, וכך הם צומחים ליצירת חלקיקים קולואידיים, האחראים על העננות הצהובה של הפיתרון.
באותו אופן, חלקיקים אלה מקיימים אינטראקציה עם אחרים וגורמים להיווצרות קרישים, וקרישי קריש אלה עם אחרים, כדי לבסוף להיווצר את המשקעים.
עם זאת, כאשר זה מתרחש, המשקעים הם בג'לטי, עם רמזים בהירים של גבישים מסוימים "משוטטים" בתמיסה. הסיבה לכך היא שקצב הגרעין גדול מגדילת הגרעינים.
מצד שני, הצמיחה המרבית של גרעין באה לידי ביטוי בגביש מבריק. כדי להבטיח גביש זה, הפתרון צריך להיות מעט רווי-יתר, אשר מושג על ידי העלאת הטמפרטורה לפני המשקעים.
לפיכך, ככל שהתמיסה מתקררת, לגרעינים יש מספיק זמן לצמוח. יתר על כן, מכיוון שריכוז המלחים אינו גבוה במיוחד, הטמפרטורה שולטת בתהליך הגרעין. כתוצאה מכך, שני המשתנים מיטיבים עם הופעתם של גבישים PbI 2 .
מוצר מסיסות
PbI 2 מייצר שיווי משקל בינה לבין היונים שבתמיסה :
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
הקבוע של שיווי משקל זה נקרא קבוע מוצר המסיסות, K ps . המונח "מוצר" מתייחס לכפל ריכוזי היונים המרכיבים את המוצק:
K ps = 2
כאן המוצק מורכב מהיונים הבאים לידי ביטוי במשוואה; עם זאת, הוא אינו רואה את המוצק בחישובים אלה.
הריכוזים של יוני Pb 2+ ו- I - יוני שווים למסיסות של PbI 2 . כלומר, על ידי קביעת המסיסות של אחד מאלו, ניתן לחשב את זו של השנייה ואת K ps הקבועה .
מהם הערכים של K ps לתרכובות מסיסות במים נמוכים? זהו מדד למידת אי המסיס של התרכובת בטמפרטורה מסוימת (25 מעלות צלזיוס). לפיכך, ככל שק"ס קטן יותר , כך הוא לא מסיס יותר.
לכן, על ידי השוואה של ערך זה לעומת אלה של תרכובות אחרות, ניתן לחזות איזה זוג (למשל, AB ו- DC) ישקע קודם. במקרה של המתחם ההיפותטי DC, K ps שלו עשוי להיות כל כך גבוה שהוא דורש ריכוזים גבוהים יותר של D + או C - בתמיסה כדי לזרום .
זה המפתח למה שמכונה משקעים שברים. כמו כן, בידיעת ה- K PS למלח בלתי מסיס, ניתן לחשב את הכמות המינימלית לזרז אותו בליטר אחד של מים.
עם זאת, במקרה של KNO 3 אין שיווי משקל כזה, כך שהוא חסר K ps . למעשה, מדובר במלח מסיס ביותר במים.
דוגמאות
תגובות משקעים הן אחד התהליכים המעשירים את עולם התגובות הכימיות. כמה דוגמאות נוספות (מלבד המקלחת המוזהבת) הן:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
התמונה העליונה ממחישה את היווצרות המשקעים מכסף לבן. באופן כללי, לרוב תרכובות הכסף יש צבעים לבנים.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
משקע לבן של צורות בריום.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
המשקעים הכחלחלים של צורות גופרטיות נחושת דיבאסיות (II).
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
המשקעים הכתומים של צורות כרומט כסופות.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
המשקעים הלבנים של סידן פחמתי, המכונה גם אבן גיר, נוצרים.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
לבסוף נוצרת המשקעים הכתומים של ברזל (III) הידרוקסיד. בדרך זו, תגובות המשקעים מייצרות כל תרכובת.
הפניות
- Day, R., & Underwood, A. כימיה אנליטית כמותית (מהדורה חמישית). פרסון הול פרנטיס, עמ '97-103.
- דר קרול. (6 במרץ, 2011). גשם זהב. . הוחזר ב- 18 באפריל 2018 מ: commons.wikimedia.org
- אן מארי הלמנסטין, דוקטורט. (9 באפריל 2017). הגדרת תגובה משקעית. הוחזר ב- 18 באפריל 2018 מ: thoughtco.com
- עקרון le Châtelier: תגובות משקעים. הוחזר ב -18 באפריל 2018 מ: digipac.ca
- פרופ 'בוטש. תגובות כימיות I: משוואות יוניות נטו. הוחזר ב -18 באפריל 2018 מ: lecturedemos.chem.umass.edu
- לואיסברודנה. (8 באוקטובר 2012). כלוריד כסף (AgCl). . הוחזר ב- 18 באפריל 2018 מ: commons.wikimedia.org
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). CENGAGE למידה, עמ '150, 153, 776-786.