Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 4ο μέρος : Ιζηματογένεση: Η επιλογή του κατακρημνιστή μιας ουσίας του διαλύματος - Ανόργανοι και Οργανικοί Κατακρημνιστές. Συνκαταβύθιση

 

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

 

Είδες τον κόσμο κι ατέλειωτο κι άναρχο 

ψυχων και θεών , μαζί κύριων και υπκουων, σφικτόδετα κρατημένη αρμονία.

και των καπνών και των ίσκιων τα είδωλα 

παραμερίζοντας όλα, ίσα τράβηξες 

προς την Αιτία 

από τον Δωδεκάλογο του Γύφτου  "οι Πολυθεοι"

 

 

υπό έρευνα και κατασκευή 

 

ΙΖΗΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ - ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΣΗ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΗ ΚΑΙ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ 

Η καθίζηση, η οποία, όπως αναφέρθηκε,  η οποία συμβαίνει υπό την επίδραση του βαρυτικού πεδίου για σωματίδια μεγαλύτερης πυκνότητας και διαμέτρου (διαστάσεων) και με φυγοκέντρηση για σωματίδια μεγαλύτερης πυκνότητας και διαμέτρου (διαστάσεων),

εξαρτάται άμεσα 

α. από την επιλογή του κατακρημνηστή

β. από την θερμοκρασία που γίνεται η καθίζηση

 Αυτές τις δύο συνθήκες μπορεί να χρησιμοποιηθούν για να λάβουμε από το διάλυμα μια επιθυμητή ουσία σε ικανή ποσότητα αλλά και για να λάβουμε διαδοχικά περισσότερες από μια ουσίες που βρίσκονται μέσα στο διάλυμα (κλασματική απόθεση)

 

Η ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΗ

Ο κατακρημνηστής αντιδρά επιλεκτικά με ένα από τα συστατικά της εν διαλύσει ουσίας (ιόντα) για να σχηματίσει την λιγότερο διαλυτή ένωση.
Εάν η ένωση αυτή έχει αρκετή βαρύτητα, τότε καθιζάνει σαν ίζημα, διαφορετικά παραμένει σε αιώρηση στο διάλυμα.
Παράδειγμα: Εά σε διάλυμα  νιτρικού αργύρου προσθέσουμε το αντιδραστήριο χλωριούχο νάτριο (κατακρημνιστής) τότε καταβυθίζεται στερεό λευκό ίζημα χλωριούχου αργύρου 
AgNO3  +  NaCl  ->  NaNO3  + AgCl (λευκό ίζημα)
Το ίζημα απομονώνεται με διήθηση, απόχυση κ.α.
 
Στην δεύτερη περίπτωση η ουσία που παρήχθη απομονώνεται και λαμβάνεται με φυγοκέντρηση. 
Χρησιμοποιείται σε ιζήματα που δεν καθιζάνουν αλλά παραμένουν στο διάλυμα σαν θολότητα,  και σε πολλές περιπτώσεις σε βιολογικά δείγματα όπως ο διαχωρισμός στερεών συστατικών του αίματος από το πλάσμα, διαχωρισμός διαφορετικών τύπων κυττάρων κ.α.
 
 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
 
 
ΑΝΟΡΓΑΝΟΙ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΚΟΙ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΕΣ
 
Κατακρημνιστές χρησιμοποιούνται σε διάφορες περιπτώσεις ανάλογα ανόργανα αντιδραστήρια αλλά και οργανικά αντιδραστήρια 
 
Ενώ η διαλυτότητα είναι ένα πολύπλοκο θέμα και υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις, εδώ είναι μια ανάλυση των γενικών διαφορών στη διαλυτότητα μεταξύ οργανικών και ανόργανων ενώσεων:
 
 
ΑΝΟΓΡΑΝΟΙ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΕΣ
Οι ανόργανες ενώσεις που χρησιμοποιούνται σαν κατακρημνηστές ιζημάτων, είναι γενικά περισσότερο υδατοδιαλυτές από τις οργανικές, εφόσον 1. Πολλές από αυτές είναι ιοντικές και αλληλεπιδρούν εύκολα με το νερό. Υπάρχουν εξαιρέσεις όπως τα θξείδια μετάλλων
2. Για τον αντίστοιχο λόγο είναι λιγότερο διαλυτές σε ανόργανους διαλύτες
3. Το μέγεθος των ιόντων και η ισχύς του ιοντικού φορτίου μπορεί να επιρρεάσουν την διαλυτότητα και την καθίζηση 
 
ΤΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΧΟΥΝ ΟΙ ΑΝΟΡΓΑΝΟΙ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΕΣ
Οι συνηθέστεροι ανόργανα αντιδραστήρια - κατακρημνηστές που είναι τα υδροξείδια, σουλφίδια και άλατα αλκαλικών γαιών, είναι χαμηλής επιλεκτικότητας και  δημιουργούν ιζήματα συνκαθίζησης που αποτελεί πρόβλημα στον σταθμικό προσδιορισμό.
 και επίσης υπάρχει η ανάγκη του διαχωρισμού των συνοδευτικών ουσιών στο ίζημα. 
Όμως τα ίδια τα ανόργανα αντιδραστήρια δεν καθιζάνουν στο ίζημα που διαχωρίζεται εύκολα από αυτά. 
 
Κάποια από τα ανόργανα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται σαν κατακρημνηστές σε ανάλογα διαλύματα χημικών ουσιών είναι τα εξής:
  • Όξινο φωσφορικό αμμώνιο (NH4)2HPO4 σε διάλυμα που περιέχει ιόντα Μαγνησίου(Mg). Λαμβάνουμε ίζημα  ένυδρου φωσφορικό αμμωνιακό  μαγνήσιο MgNH4PO4 . Κατά τη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων μαγνησίου προς το άνυδρο άλας είναι μικρή περίπου 0,2
  • Διττανθρακικό αμμώνιο (NH4)2C2O4 σε διάλυμα που περιέχει ιόντα Ασβεστιου(Ca). Λαμβάνουμε ίζημα ένυδρου διττανθρακικού ασβεστίου  CaC2O4 .Η2Ο Κατά τη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων ασβεστίου προς το άνυδρο άλας είναι μικρή περίπου 0,27
  • Θειικό οξύ (Η2SO4)σε διάλυμα που περιέχει ιόντα Βαρίου(Βa). Λαμβάνουμε ίζημα  Θειικού Βαρίου (BaSO4) Κατά τη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων Βαρίου προς το άλας είναι περίπου 0,5
  • Υδροχλώριο (HCl) σε διάλυμα που περιέχει ιόντα Αργύρου(Αg). Λαμβάνουμε ίζημα  (BaSO4) Κατά τχλωριούχο άργυρο (AgCl) Στη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων Αργύρου προς το άλας είναι περίπου 0,7
ΟΓΡΑΝΙΚΟΙ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΕΣ
Οι όργανικες ενώσεις που χρησιμοποιούνται σαν κατακρημνηστές ιζημάτων, είναι γενικά λιγότερο υδατοδιαλυτές από τις ανόργανες εφόσον 1. Πολλές από αυτές είναι μη πολικές και αλληλεπιδρούν δυσκολα με το νερό το οποίο είναι πολική ουσία. Υπάρχουν εξαιρέσεις όπως  τα σάκχαρα που είναι υδατοδιαλυτά λόγω των πολλών υδροξυλίων που περιέχουν στο μόριό τους.
2. Είναι περισσότερο διαλυτές σε οργανικούς διαλύτες όπως αιθέρας, χλωροφόρμιο κ.α. 
3. Η διαλυτότητά τους σε πολικούς διαη κατάσταση ισορροπίας λύτες μπορεί να επιρρεαστεί από λειτουργικές ομάδες όπως ΝΗ2, ΟΗ, COOH κ.α. οι οποίες αυξάνουν την πολικότητά τους παράδειγμα η αιθανόλη.
 
ΤΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΧΟΥΝ ΟΙ ΟΡΓΑΝΙΚΟΙ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΤΕΣ
Οι οργανικοί κατακρημνηστές έχουν υψηλή επιλεκτικότητα.  Όμως τα οργανικά αντιδραστήρια δύσκολα διαχωρίζονται από την κατακρημνιζόμενη μεταλλική ένωση στο ίζημα .
Χρησιμοποιούνται συχνά για μικροπροσδιορισμούς  λόγω του μεγαλύτερου βάρους του ιζήματος που δίνουν
Γίνεται ευκολότερο το φιλτράρισμα του ιζήματος λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους των σωματιδίων στο ίζημα.
 Πλεονεκτούν έναντι των ανόργανων ιδιαίτερα  σε μείγματα κατιόντων γιατί με αυτούς μειώνεται  η συνκατακρήμνιση .
Παράδειγμα επιλεκτικότητας αποτελεί  η υδρόξυκινιλίνη γιατί 
 στην δημιουργία συμπλόκων οργανικών κατακρημνηστών με κατιόντα μετάλλων, η κατάσταση ισορροπίας και η εναπόθεση  εξαρτάται από το ΡΗ.  σχηματίζει τα δυσδιάλυτα ενδοσύνθετα  άλατα σε διαφορετικές τιμές του ΡΗ
Για τον Fe+3   εναπόθεση γίνεται σε ΡΗ 3-12, 
Για τo Ca+2   εναπόθεση γίνεται σε ΡΗ 3-14
Για το Al+3   εναπόθεση γίνεται σε ΡΗ 4-10
Για τον Mg+2   εναπόθεση γίνεται σε ΡΗ 8-13 k.a.
 
Οργανικούς κατακρημνιστές αποτελούν ορισμένοι διαχωριστές -χηλικοί παράγοντες (8-υδροξυκινολίνη, διμέθυλογλυοξίμη κ.λ.π.) όπως και διαχωριστές σχηματισμού αλάτων κ.α.
Κάποιοι από  τους οργανικούς διαχωριστές είναι:
  • Η οξυκινολίνη ( C9H6ON)για τον κατακρημνησμό ιόντων μαγνησίου (Mg) . Λαμβάνουμε ίζημα οξυκινιλικό  μαγνήσιο Mg ( C9H6ON)2 . Κατά τη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων μαγνησίου προς το οξυκινολιλικό  μαγνήσιο  είναι πολύ  μικρή περίπου 0,077
  • Η διμέθυλογλοξίμη (για τον κατακρημνησμό ιόντων Νικελίου (Ni) . Λαμβάνουμε ίζημα διμέθυλογλυοξίμη  . Κατά τη διάσταση του ιζήματος η αναλογία ιόντων Νικελίου προς το  ίζημα διμέθυλογλυοξίμη NiC8H14N4O4 είναι   μικρή περίπου 0,2
 
ΣΥΝΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ
Η συγκατακρήμνιση χρησιμοποιείται σε κάποιες περιπτώσεις για να προσδιορίσουμε ορισμένα συστατικά που δεν γίνεται να προσδιοριστούν άμεσα όπως για παράδειγμα το ουράνιο
Η συνκατακρήμνιση επιρρεάζεται από παράγοντες όπως οι χημικές και κρυσταλλοχημικές ιδιότητες των συστατικών, η ταχύτητα και η σειρά προσθήκης αντιδραστηρίων, η οξύτητα του ιζήματος, η θερμοκρασία κ.α.
 

 

 
ΠΗΓΕΣ
 

 

 

 

 τύπων ιζημάτων - τερριγενή, βιογενή, χημειογενή, ηφαιστειακά

με πολύ βελτιωμένα αποτελέσματα  όπως αύξηση της επιλεκτικότητας, μείωση του όριου ανίχνευσης κ.α.

 

 

 

 

Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα:

 

* Θερμοκρασία: Η διαλυτότητα συχνά αυξάνεται με τη θερμοκρασία.

* Πίεση: Στην περίπτωση των αερίων, η διαλυτότητα αυξάνεται με την πίεση.

* Παρουσία άλλων διαλελυμένων ουσιών: Η παρουσία άλλων διαλυμένων ουσιών μπορεί να επηρεάσει τη διαλυτότητα μιας συγκεκριμένης ένωσης.

 

 

 
 

 

H διαλυτότητα του υδροξειδίου του αργιλίου αυξάνει με την θερμοκρασία