Δήμητρα Σπανού, χημικός, συνταξιούχος καθηγήτρια Μέσης Εκπαίδευσης από 30-6-2025
1. Στο θερμό συμπυκνωμένο διάλυμα του ιζήματος προστίθεται θερμό συμπυκνωμένο διάλυμα.
2. Το θερμό διάλυμα κατακρήμνισης προστίθεται γρήγορα, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα σχηματισμού διαλυμάτων.
3. Εάν είναι απαραίτητο, εισάγεται στο διάλυμα ένας ηλεκτρολύτης-πηκτικός.
My word's but a whisper, your deafness a shout
I may make you feel, but I can't make you think
Your sperm's in the gutter, your love's in the sink
And you make all your animal deals
To be thick as a brick
ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗ
Η δημιουργία ιζήματος γίνεται μόνο όταν η συγκέντρωση του διαλύματος σε δαλυμένη ουσία γίνει υψηλότερη από την συγκέντρωση του κορεσμένου διαλύματος και έχουμε αρχικά τα επιπλέοντα σωματίδια της διασκορπισμένης φάσης.
αν το διάλυμα περιέχει σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα διαλυμένης ουσίας από αυτήν που απαιτείται για κορεσμό λέγεται υπερκορεσμένο ή υπέρκορο
Το ίζημα δηλαδή αποβάλεται από ένα υπερκορεσμένο διάλυμα αλλά όχι πάντα (κολλοειδή).
Ο ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΙΖΗΜΑΤΩΝ
Η διαδικασία σχηματισμού ιζημάτων είναι περίπλοκη διαδικασία. Για παράδειγμα όταν εξετάζουμε ένα ίζημα που αποτελείται από ιόντα και σχηματίζεται κατόπιν χημικήςαντίδρασης, θα περιμέναμε την καθίζηση των ιόντων αυτών και αμέσως μετά τον σχηματισμό ιζήματος εκεί που καθιζάνουν. Όμως δεν είναι έτσι:
Εάν πρόκειται για ιζήματα που σχηματίζονται κατόπιν χημικών αντιδράσεων, υπάρχει σχεδόν πάντα μια περίοδος επαγωγής μετά την ανάμειξη των ουσιών που θα δώσουν την /τις ουσία/ες στο ίζημα. Ο χρόνος σχηματισμού τους, αν πρόκειται για περισσότερες από μια ουσίες, μπορεί να είναι διαφορετικός αλλά σε κάθε περίπτωση ο σχηματισμός των κρυστάλλων και γενικά των ιζημάτων περνά από στάδια
Αρχικά σχηματίζονται μικροί κρυσταλλικοί πυρήνες ή φύτρα. Για να συμβεί αυτό πρέπει στα σημεία που θα σχηματιστούν να υπάρχει αυξημένη συγκέντρωση των δομικών στοιχείων τους. Κατ' αρχή, τα στοιχεία αυτά που για παράδειγμα μπορεί να είναι ιόντα, σε ένυδρο διάλυμα περιβάλλονται από μόρια νερού (κέλυφος) . Όταν όμως αρχίσει η δημιουργία των πρωτογενών κρυστάλλων ή φύτρων τα μόρια του νερού απομακρύνονται
Στο επόμενο στάδιο αυτοί οι αρχικοί κρύσταλλοι συσσωματώνονται σε μεγαλύτερους σχηματισμούς (που αποτελούν ται τώρα από δεκάδες ή εκατοντάδες μόρια). Το το μέγεθός τους αυξάνεται και στο σημείο αυτό, η μορφή του διαλύματος με τα συσσωματώματα αντιστοιχεί σε κολλοειδές διάλυμα
Σε επόμενο στάδιο υπάρχουν δύο δρόμοι συνέχειας που εξαρτώνται από επιπλέον παράγοντες:
Α. Να αυξηθεί το μέγεθος των συσσωματωμάτων ακόμα περισσότερο ώστε τελικά να καθιζάνουν (κρυσταλλικά ή άμορφα)
Καθίζηση έχουμε αν γίνεται εναπόθεση από αυτά τα επιπλέοντα σωματίδια της διασκορπισμένης φάσης υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Η ταχύτητα σχηματισμού του ιζήματος εξαρτάται από την διαφορά στην πυκνότητα των εναιωρουμένων σωματιδίων και του διαλύματος
Αυτό καθορίζει ακόμα, το μέγεθος των σωματιδίων, το ιξώδες του μέσου και κάποιο άλλοι παράγοντες και έτσι υπάρχει διαφορά στην καθίζηση
Β. Στη δεύτερη περίπτωση,το υπέρκορο διάλυμα δεν καθιζάνει και παραμένει σε μορφή κολλοειδούς
Σε ορισμένες περιπτώσεις τα καθιζάνοντα σωματίδια που κινούνται προς τα κατώτερα στρώματα επιστρέφουν στην αιωρούμενη φάση γιατί δέχονται την επίδραση της διάχυσης λόγω της διαφοράς συγκεντ΄ρωσεων (κλίση) με τα ανώτερα στρώματα
επίσης επιρρεάζει και το μέγεθος των σωματιδίων
Σύμφωνα με τον νομο του Storkes
που είναι μια έκφραση για τις δυνάμεις τριβής που δρα σε σφαιρικά αντικείμενα σε ένα ιξώδες υγρό σε ηρεμία
και προβλέπει ότι η τελική ταχύτητα καθίζησης είναι ανάλογη του τετραγώνου της διαμέτρου του σωματιδίου και εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του σωματιδίου
ηο είναι ο συντελεστής ιξώδους του υγρού, ρ οι πυκνότητες και d η διάμετρος και ν ο ρυθμός καθίζησης
ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΠΟΥ ΕΧΟΥΜΕ ΚΑΘΙΖΗΣΗ (ΙΖΗΜΑ)
ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗ ΚΑΙ ΑΜΟΡΦΗ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗ
Τα ιζήματα χωρίζονται σε δύο τύπους: τα κρυσταλλικά και τα άμορφα.
Μπορούμε όμως να πάρουμε και μεγαλύτερη λίστα για τις κατηγορίες των ιζημάτων όπως:
Τυροπήγματα, κρυσταλλικά, κοκκώδη, ζελατινώδη, νιφάδες όλα ανάλογα με την εμφάνισή τους και την τοποθέτηση των δομικών τους λίθων στον χώρο. Όμως η αλήθεια είναι ότι, αυτό που παίρνουμε είναι συνήθως αποτέλεσμα των συνθηκών απόθεσης, καθώς τα ίδια υλικά μπορεί να δώσουν διαφορετικά ιζήματα ανάλογα με τις συνθήκες απόθεσης.
Παρ' όλα αυτά ισχύει γενικά ο διαχωρισμός των ιζημάτων σε κρυσταλλικά και άμορφα.
Ορίζοντας την κρυσταλλική ύλη θα λέγαμε ότι πρόκειται γι αυτήν που είναι δομημένη σε κατάσταση τάξης μεγάλης εμβέλειας. Οι δομικοί λίθοι μιας κρυσταλλικής ουσίας είναι διατεταγμένοι σε μια ορισμένη σειρά έτσι που να σχηματίζουν το κρυσταλλικό πλέγμα
Κάθε κρυσταλλική ένωση πέφτει σε μια συγκεκριμένη κρυσταλλική δομή ορατή με το μικροσκόπιο. Το σχήμα των μεγάλων κρυστάλλων είναι πολλές φορές ορατή ακόμη και με γυμνό μάτι
Σε αντίθεση, η άμορφη ύλη είναι ύλη που είναι συμπυκνωμένη κατάσταση ουσιών που η ατομική δομή τάξης μικρής εμβέλειας . Στα ιζήματα μιας άμορφης δομής τα μόρια είναι διατεταγμένα τυχαία και δεν σχηματίζουν κρυσταλλικό πλέγμα που να διακρίνεται με το μικροσκόπιο. Περιπτώσεις άμορφων ιζημάτων είναι οι νιφάδες, τα χαλαρά, τα ζελατινώδη και όλα διαχωρίζονται σχετεκά δύσκολα από το διάλυμα.
Παρατηρείται ότι η άμορφη δομή έχει πολλά κονά με την υγρή φάση της ουσίας αλλά και οι ιδιότητές της είναι αρκετά κοντικές
Πότε από αυτό το υπερκορεσμένο διάλυμα θα πάρουμε άμορφο ίζημα και πότε κρυσταλλικό;
αυτό εξαρτάται:
Α. από την βαθμίδα υπερκορεσμού του διαλύματος
Εάν έχουμε ένα υπερκορεσμένο διάλυμα σε υψηλή βαθμίδα υπερκορεσμού και προκληθεί ιζηματογένεση, τότε το ίζημα που θα σχηματιστεί είναι ένα άμορφο ίζημα
Εάν ο υπερκορεσμός είναι σχετικά μικρός τότε το ίζημα που θα σχηματιστεί μπορεί να είναι κρυσταλλικό
Β. από τον ρυθμό της δημιουργίας και απελευθέρωσης του ιζήματος στο διάλυμα προς σχηματισμό της υπέρκορης φάσης
Εάν το ίζημα εισάγεται αργά στην υπέρκορη φάση του διαλύματος (στην οποία έχει ήδη αρχίσει η δημιουργία των μικρών κρυστάλλων πυρήνων (φύτρων)), το ίζημα επικάθεται σταδιακά πάνω στην επιφάνεια αυτών των μικρών κρυστάλλων -φύτρων οι οποίου αναπτύσσονται σταδιακά σε μεγαλύτερους ώστε τελικά λαμβάνεται ένα κρυσταλλικό ίζημα αποτελούμενο από μεγάλους κρυστάλλους.
Αντίθετα εάν το ίζημα σχηματίζεται γρήγορα, αργά στην υπέρκορη φάση του διαλύματος αρχίζει η δημιουργία ενός τεράστιου αριθμού μικρών κρυστάλλων- βλαστων, οι οποίοι δεν αναπτύσσονται με την απόθεση καινούργιου υλικού στην επιφάνειά τους αλλά συνδυάζονται σε μεγαλύτερα συσσωματώματα με αποτέλεσμα να πέφτουν σαν άμορφο ίζημα
Χαρακτηριστικά Κρυσταλλικών και Άμορφων ιζημάτων
Όπως είπαμε, η κρυσταλλική ύλη είναι δομημένη σε κατάσταση τάξης μεγάλης εμβέλειας. Οι δομικοί λίθοι μιας κρυσταλλικής ουσίας είναι διατεταγμένοι σε μια ορισμένη σειρά έτσι που να σχηματίζουν το κρυσταλλικό πλέγμα, που
είναι πολλές φορές ορατή ακόμο και με γυμνό μάτι
Σε αντίθεση, η άμορφη ύλη είναι ύλη που είναι συμπυκνωμένη κατάσταση ουσιών που η ατομική δομή τάξης μικρής εμβέλειας . Στα ιζήματα μιας άμορφης δομής τα μόρια είναι διατεταγμένα τυχαία και δεν σχηματίζουν κρυσταλλικό πλέγμα που να διακρίνεται με το μικροσκόπιο.
ΤΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΑ ΙΖΗΜΑΤΑ
Πως θα λάβουμε κρυσταλλικά ιζήματα
Το πιο συνηθισμένο είναι η αύξηση της διαλυτότητας του ιζήματος , άρα η συγκέντρωση των πρωτογενών κρυστάλλων που σχηματίζονται στο διάλυμα είναι μικρότερη αλλά μεγαλύτερου μεγέθους Έτσι για να λάβουμε κρυσταλλικό ίζημα πρέπει η καθίζηση να πραγματοποιείται από αραιό διάλυμα, το διάλυμα να είναι θερμό όπως και ο ιζηματοποιητής, το διάλυμα του κατακρημνηστή να προστίθεται αργά, σε ορισμένες περιπτώσεις προστίθενται βοηθητικές ουσίες όπως για παράδειγμα ενώσεις που προκαλούν
δέσμευση ιόντων και η δημιουργία μιας σύνθετης ένωσης που θα μειώσει τον υπερκορεσμό του διαλύματος και θα κάνει ευκολότερη την απελευθέρωση του επιθυμητου κρυσταλλικού ιζήματος
Τα κρυσταλλικά Ιζήματα.
Λεπτόκοκκα ή χονδρόκοκκα
Στα κρυσταλλικά ιζήματα, η δομή τους κατατάσσεται σε μια από τις κατηγορίες των κρυσταλλικών συστημάτων κι αυτό ισχύει για μεγαλύτερους ή μικρότερους κρυστάλλους πιθανόν θραύσματά τους. Τα σωματίδιά τους (άτομα ιόντα, μόρια είναι διατετεγμένα σε ορισμένη σειρά ώστε να σχηματίζουν το κρυσταλλικό
πλέγμα που η δομή του μπορεί να μελετηθεί με ακτίνες Χ. α κρυσταλλικά ιζήματα καθιζάνουν σχετικά γρήγορα και διαχωρίζονται από το διάλυμα σχετικά εύκολα
εικόνα:θειϊκό βάριο (ίζημα κρυσταλλικό)
Ο διαχωρισμός από το διάλυμα για τα λεπτόκκοκα κρυσταλλικά ιζήματα (όπως BaCrO4, BaSO4, CaC2O4) είναι δύσκολος γιατί οι μικροί κρυσταλλικοί κόκκοι περνούν από τα φίλτρα διαχωρισμού ή φράσουν τους πόρους
Προτιμάται να δημιουργούνται συνθήκες για την παραγωγή χονδρόκκοκων κρυσταλλικών ιζημάτων που διαχωρίζονται εύκολα.
Άμορφα ιζήματα
Τα άμορφα ιζήματα είναι χαλαρά ζελατινοειή λεπιώδη και με δυσκολία διαχωρίζονται από το διάλυμα. Τα μόριά τους είναι τυχαία διατετεγμένα και στο μικροσκόπιο δεν ανιχνεύονται σωματίδια συγκεκριμένου σχήματος. Κατακρημνίζονται αργά και οι μάζες τους δεν είναι εύκολο να διαχωριστούν εύκολα από το διάλυμα.
Άμορφα ιζήματα παίρνουμε αν σε θερμό συμπυκνωμένο διάλυμα ιζήματος προσθέσουμε ταχέως θερμό συμπυκνωμένο διάλυμα. Το ίζημα πρέπει να απομακρύνεται γρήγορα από το διάλυμα κι αν χρειάζεται να προστίθεται ουσία που να βοηθά την κατακρήμνηση.
Η επιφανειακή τους προσρόφηση είναι αμεληταία μπορεί όμως να υπάρξει μόλυνση από άλλες ουσίες μέσα στην μήτρα
Άμορφη κατάσταση επιτυγχάνεται με υψηλό ρυθμό στερεοποίησης
εικόνα: υδροξείδιο του αργιλίου. Ίζημα αμορφο ζελατινώδες Al(OH)3
Η δημιουργία κρυσταλλικής ή άμορφης κατάστασης στο ίζημα εξαρτάται τις περισσότερες φορές από τις συνθήκες ιζηματοποίησης
Παράδειγμα το διοξείδιο του πυριτίου (χαλαζίας) που ανάλογα με τις συνθήκες δημιουργίας του λαμβάνεται και σε κρυσταλλική μορφή αλλά και σε άμορφη.
Ο φυσικός χαλαζίας ο οποίος κάνει χιλιάδες χρόνια να κρυσταλλωθεί κατά τη διάρκεια ψύξης του φλοιού της γης ή από βαθειά στρώματα κοντά στα ηφαίστεια, έχει μεγάλη κρυσταλλική δομή. Αντίθετα το ηφαιστειακό γυαλί που από την ηφαιστειακή λάβα παγώνει άμεσα στην επιφάνεια της γης είναι άμορφο
σχετικά με τις ιδιότητες της κρυσταλλικής και της άμορφης κατάστασης της ύλης
ΠΗΓΕΣ
Συνθήκες σχηματισμού κρυσταλλικών και άμορφων ιζημάτων