Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 3ο μέρος : Η ιζηματογένεση σαν μέθοδος λήψης ενός συστατικού από διάλυμα- Η εξάρτηση της καθίζησης χημικών ετεροπολικών ενώσεις από την Σταθερά γινομένου διαλυτότητας

Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 3ο μέρος : Η ιζηματογένεση σαν μέθοδος λήψης ενός συστατικού από διάλυμα- Η εξάρτηση της καθίζησης χημικών ετεροπολικών ενώσεις από την Σταθερά γινομένου διαλυτότητας

Δήμητρα Σπανού, χημικός, συνταξιούχος καθηγήτρια Μέσης Εκπαίδευσης από 30-6-2025

 

 

 

 

Η ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗ ΣΑΝ ΤΡΠΟΠΟΣ ΑΠΟΜΟΝΩΣΗΣ ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ ΑΠΟ ΤΟ ΔΙΑΛΥΜΑ

Η απομόνωση ενός συστατικού που βρίσκεται σε  διάλυμα είτε υπό μορφή ιόντος ή χημικής ένωσης είναι ο σχηματισμός στερεού ιζήματος μέσω

 μιας χημικής αντίδρασης, που συμβαίνει όταν προστίθενται το κατάληλο αντιδραστήριο (κατακρημνηστής)

Ο κατακρημνηστής αντιδρά επιλεκτικά με ένα από τα συστατικά της εν διαλύσει ουσίας (ιόντα) για να σχηματίσει την λιγότερο διαλυτή ένωση.

Η απομόνωση ενός συστατικού που βρίσκεται σε  διάλυμα είτε υπό μορφή ιόντος ή χημικής ένωσης είναι ο σχηματισμός στερεού ιζήματος μέσω

 μιας χημικής αντίδρασης, που συμβαίνει όταν προστίθενται το κατάληλο αντιδραστήριο (κατακρημνηστής)

Εάν η ένωση αυτή έχει αρκετή βαρύτητα, τότε καθιζάνει σαν ίζημα, διαφορετικά παραμένει σε αιώρηση στο διάλυμα.
Στην δεύτερη περίπτωση η ουσία που παρήχθη απομονώνεται και λαμβάνεται με φυγοκέντρηση
Το υγρό που παραμένει μετά την απομόνωση της ουσίας αυτής λέγεται υπερκείμενο υγρό.
 
Το ίζημα μπορεί να διαχωριστεί από το υπερκείμενο υγρό  με διήθηση, μετάγγιση ή φυγοκέντριση
 
 
ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ (ΤΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΤΗ) ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΠΙΡΡΕΑΣΟΥΝ ΤΗΝ ΙΖΗΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ
 
  • Γνωρίζουμε ότι μια ουσία από ένα διάλυμα πέφτει σαν ίζημα όταν το διάλυμα υπέρκορεστεί στην ουσία αυτή και αυτό εξαρτάται επίσης και από την θερμοκρασία στο διάλυμα

 Μετά την εισαγωγή του κατακρημνηστή οι χημικές αντιδράσεις που θα  προκαλέσουν την Ιζηματοποίηση  είναι πιθανόν να προκαλέσουν  αλλαγή της  θερμοκρασία. Αυτό παράλληλα μπορεί να επιρρεάσει την  διαλυτότητα της ουσίας που απομονώνουμε και επομένως και την ιζηματοποίησή της. Συνήθως η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την διαλυτότητα κ , 

  •  

Παράδειγμα:H διαλυτότητα του υδροξειδίου του αργιλίου αυξάνει με την θερμοκρασία

Υδροξείδιο του αργιλίου, άνυδρο  Αl(ΟΗ)3
   στους  20°C και 25ο        Ksp=3×10-34 και 1.3×10-33

 

Химические свойства лития, рубидия и цезия, а также их важнейших ...

(στο διάγραμμα παριστάνεται η μεταβολή (αύξηση) της συγκέντρωσης με την αύξηση της θερμοκρασίας. Το ίδιο σώμα στο διάλυμα θα δώσει ίζημα με την μείωση της θερμοκρασίας)
Σε στερεά διαλύματα οι μεταβολές στην θερμοκρασία με διάφορες τεχνικές μπορεί να οδηγήσουν σε διαχωρισμό ουσιών και σχηματισμό ιζήματος. (Η εναπόθεση σε στερεά χρησιμοποιείται για την σύνθεση νανοσυστάδων)
 
  • Η καθίζηση διευκολύνεται με την πυρήνωση του διαλύματος δηλαδή την τοποθέτηση ενός στερεού σώματος (εναπόθεση)  που θα δημιουργήσει μια επιφάνεια διεπαφής και θα διευκολύνει την απόθεση της ουσίας που καθιζάνει. Διαφορετικά δημιουργούνται υπέρκορα διαλύματα και η καθίζηση αργεί να ξεκινήσει
Με την πυρήνωση δημιουργούνται συνηθως συνθήκες για την σταδιακή δημιουργία  ιζήματος καθαρών κρυστάλλων 
 
Ένα παράδειγμα είναι η σύνθεση πορφυρικών σε βραστό προπιονικό οξύ
 

 

  • Καθίζηση μπορεί επίσης να μεταβληθεί με την εισαγωγή κάποιας ουσίας στο διάλυμα που μπορεί να αυξήσει την διαλυτότητα του ήδη εναποτιθέμενου ιζήματος ώστε αυτό να βρεθεί ξανά εν διαλύσει, 

Αναφέρεται το ίζημα του επαμφοτερίζοντος υδροξειδίου του ψευδαργύρου το οποίο διαλύεται σε περίσσεια αλκαλίων αλλά και σε διάλυμα υδροξείδιου του αμμωνίου λόγω σχηματισμού σύμπλοκου ιόντος αμμωνίας - ψευδαργύρου, γιατί έτσι μειώνεται η συγκέντρωση ιόντων ψευδαργύρου στο διάλυμα που δεσμεύονται στο σύμπλοκο.

Αντίστοιχη αύξηση της διαλυτότητας παρατηρείται σε βρωμιούχο άργυρο όταν εισάγεται διάλυμα αλνμμωνίας.Τότε σχηματίζεται ευδιάλυτο σύμπλοκο ιόν αμμωνιακού αργύρου [Ag(NH3)2]+ και η διαλυτότητα του βρωμιούχου αργύρου αυξάνεται.

Το φαινόμενο της αύξησης της διαλυτότητας λόγω δημιουργίας ευδιάλυτου συνθετου ιόντος μπορεί να συμβεί σε ακόρεστο, κορεσμένο ή υπέρκορο διάλυμα.

εάν με κάποιον τρόπο μειώσουμε την περιεκτικότητα του διαλύτη στο διάλυμα με την προσθήκη ενός αντιδιαλύτη που μειώνειι την περιεκτικότητα σε νερό του επιθυμητού προϊόντος

 
 
 
Πότε οι ιοντικές αντιδράσεις θα παράγουν ίζημα
 
Όπως αρχικά ανάφερα, η ιζηματοποίηση είναι χρήσιμη στην απομόνωση ενός συστατικού που βρίσκεται στο διάλυμα, είτε υπό μορφή ιόντος ή χημικής ενώσεως και γίνεται με τον σχηματισμό στερεού ιζήματος που είναι δυνατόν να απομονωθεί. Αυτό βέβαια σε υδατικά διαλύματα, συμβαίνει, εφόσον το προϊόν ή τα προϊόνται που παράγει η συγκεκριμένη χημική αντίδραση είναι ένα αδιάλυτο ετεροπολικό στερεό. 
Έτσι εάν πρόκειται για ιοντική αντίδραση πρέπει να έχουμε υπ' όψην μας τους κανόνες διαλυτότητας πριν γράψουμε την συνολική ιοντική εξίσωση 
Στην διπλή αντικατάσταση όλα τα συστατικά είναι ιοντικά και βρίσκονται στο διάλυμα.
Παράδειγμα: Θειϊκό κάδμιο (CdSO4) και Θειούχο κάλιο (K2S) δίνουν Θειούχο κάδμιο (CdS) και θειϊκό κάλιο (K2SO4). Εδώ  τα αντιδραστήρια είναι ιοντικά και διαλυτά ώστε τα ιόντα από τα οποία αποτελούνται διαχωρίζονται εντελώς μεταξύ τους 
CdSO4 + K2S  ->  Κ+ +  SΟ4-2+  S-2+   Cd+2
 Ο σχηματισμός ιζήμάτων ετεροπολικών ενώσεων κάποιων από αυτά, εξαρτάται από τους κανόνες της περιεκτικότητάς τους στο διάλυμα. Πρέπει ένα από ταχηματιζόμενα τελικά προϊόντα της διπλής αντικατάστασης να είναι αδιάλυτο ή χαμηλής διαλυτότητας
Από τα τέσσερα αυτες ουσίες που σχηματίζονται από  θα βρεθούν σαν ιόντα Κ+, SΟ4-2, S-2, Cd+2,  στο διάλυμα μόνο το μόριο του θειούχου κάδμιου είναι αδιάλυτο και θα δώση ίζημα
 
Άλλο Παράδειγμα: Νιτρικός άργυρος (AgNO3) και χλωριούχο κάλιο (KCl) δίνουν χλωριούχο Άργυρο (CdS) και Νιτρικό κάλιο (K2NO3). Εδώ  τα αντιδραστήρια είναι ιοντικά και διαλυτά ώστε τα ιόντα από τα οποία αποτελούνται διαχωρίζονται εντελώς μεταξύ τους 
AgNO3  +  KCl  ->  Κ+ +  NΟ3-1+  Ag+1 +   Cl-1 .
Από τα τέσσερα αυτες ουσίες που σχηματίζονται από  θα βρεθούν σαν ιόντα  Κ+ +  NΟ3-1+  Ag+1 +   Cl-1   στο διάλυμα μόνο το μόριο του χλωριούχου αργύρου είναι αδιάλυτο και θα δώση ίζημα
 
 Σχηματισμός ιζήμάτων ετεροπολικών ενώσεων
 
 Ο σχηματισμός ιζήμάτων ετεροπολικών ενώσεων εξαρτάται από τους κανόνες της περιεκτικότητάς τους στο διάλυμα. Πρέπει ένα από τα σχηματιζόμενα τελικά προϊόντα της διπλής αντικατάστασης να είναι αδιάλυτο ή χαμηλής διαλυτότητας
( ενδιαφέρουν κυρίως δυσδιάλυτες ετεροπολικές ιοντικές ενώσεις)
Δεδομένου, πως δεν σχηματίζουν ιζήματα από όλες τις χημικές αντιδράσεις αλλά αυτό εξαρτάται από την σταθερά γινομένου  διαλυτότητας των ιόντων του διαλύματος, η στερεά ουσία βρίσκεται σε μια ετερογενή ισορροπία με τα εν διαλύσει ιόντα της. 
Εδώ ορίζουμε  την σταθερά γινομένου διαλυτότητας που είναι το γινόμενο της συγκεντρώσεων των ιόντων στο κορεσμένο διάλυμα που βρίσκονται σε ισορροπία με την αδιάλυτη ουσία (εδώ το λέμε ίζημα)
 υψωμένων σε κατάλληλη δύναμη. π.χ. ΑχΒψ  <->   χΑ  +ψΒ    τότε  Ksp= [Α]χ.[Β]ψ
Για δυσδιάλυτες ιοντικές ενώσεις, στερεό  η Κsp έχει μικρή τιμή τότε αυτά πιθανόν να δώσουν ιζημα της ετεροπολικής ένωσης που αποτελείται από αυτά. 
Κάποια παραδείγματα δυσδιάλυτων υδροξειδίων και αλάτων  για να δούμε τις χαμηλές τιμές της Ksp:

Πολύ δυσδιάλυτες ετεροπολικές ενώσεις (δυσδιάλυτα τα άλατα και υδροξείδια) με πολύ μικρές Ksp

Υδροξείδιο του αργιλίου, άνυδρο

        Αl(ΟΗ)3
στους 20°C   Ksp= 1.9×10-33
     
Υδροξείδιο του αργιλίου, άνυδρο  Αl(ΟΗ)3
   στους  20°C
25ο   C      		 Ksp=3×10-34· Κsp=1.3×10-33
Υδροξείδιο του αργιλίου, τριένυδρο Αl(ΟΗ)3 στους 20°C     Ksp=4×10-13
 
Φωσφορικό αργίλιο AlPO4         στους    25°C            Ksp=9.84×10-21; 6.3×10-19
Ο θειούχος Χαλκός                CuS 
 
στους    25°C       Ksp=8,0× 10 -37
 
Λιγότερο δυσδιάλυτες ετεροπολικές ενώσεις ( άλατα και υδροξείδια)  με μεγαλύτερες Ksp από τ προηγούμενα
 Ανθρακικό ασβέστιο      CaCO 3    στους  25ο C     Ksp=4,5 × 10 -9 
Θειώδες βάριο    BaSO3      στους 25°C      Ksp=5.0×10-10
  
Υδροξείδιο του Μαγνησίου    Mg(OH)2        στους 25οC Ksp=7.1 × 10 -12

Μέτρια δυσδιάλυτες ετεροπολικές ενώσεις (   άλατα με Ksp τάξης 10-6 και μεγαλύτερες
Χλωριούχος μόλυβδος PbCl2 στους 25.2°C Ksp=1.0×10-4
Φθοριούχο κάδμιο CDF2 στους 25°C Ksp=6.44×10-3

 
 Θειϊκό ασβέστιο CaSO 4 στους 25ο C     Ksp= 2,4 × 10 -5


Υδροξείδιο του ασβεστίου  Ca(OH)2 στους 25ο C   Ksp=6.5 × 10 -6		  
Κανόνες για την Καθίζηση 
 
Για να  έχουμε μια εικόνα των ενώσεων που δίνουν ιζήματα καλό είναι να ξέρουμε κάποιους γενικούς κανόνες αρχικά για τα ιόντα που συνήθως δίνουν ή όχι ιζήματα 
1.  Τα βρωμίδια, χλωρίδια, ιωδίδια είναι συνήθως υδατοδιαλυτά και δεν δίνουν ιζήματα
2. Τα άλατα που προέρχονται από καθίζηση υδραργύρου, αργύρου και μολύβδου δεν αναμειγνύονται καλά 
 
 
Η παρατήρηση του ιζήματος δίνει πολλές φορές συμπεράσματα για την ουσία που υπήρχε στο διάλυμα πριν επιδράσει ο κατακρημνηστής
Αν στο διάλυμα υπάρχουν ιοντικές ενώσεις που να σχηματίζονται από το ίδιο ιόν η διαλυτότητα του κατακρημνησμένου χαμηλού ηλεκτρολύτη μειώνεται
 
 
ΠΗΓΕΣ
 
Химические свойства лития, рубидия и цезия, а также их важн
Δεν με πειράζει καθόλου αν μείνεις έξω αυτή τη φορά
Ο λόγος μου είναι απλώς ένας ψίθυρος, η κώφωσή σου μια κραυγή
Μπορεί να σε κάνω να νιώσεις, αλλά δεν μπορώ να σε κάνω να σκεφτείς
Το σπέρμα σου είναι στην υδρορροή, η αγάπη σου είναι στο νεροχύτη
Έτσι, καβαλάς τους αγρούς
Και κάνεις όλες τις συμφωνίες με τα ζώα
Και οι σοφοί σου δεν ξέρουν πώς νιώθεις
Να είσαι χοντρός σαν τούβλο