Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 5ο μέρος Ιζηματογένεση : Ποιοτική Χημική Ανάλυση Ουσιών. Προκαταρτική κλασματική καθίζηση-Η επιλογή του κατακρημνιστή. . Χημική Κλασματική απόθεση. Κλασματική καθίζηση.

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

 

Τ΄όνειρό σου τ' άσαρκο το προσκυνώ

και βωμό του υψώνω εγώ φιλόσοφε

σου το φύσηξε ένας νους ωραίος.

σε πονώ κι εσένα εγ'ω, καλόγερε,

πρόσταξέ σε θεός αγέλαστος, δε φταις,

Θεός αλύπητος. το Χρέος.

 

Όμως τα ιερά σας και τα τίμια

κι όσα δεν αναγνωρίζετε

κανείς του άλλου, σαν να τάβρα ταιριασμένα,

πρωτογέννητα κι ορθά  για το ξετύλυγμα ,

κυνηγός και στρατοκόπος μια φορά

στα ψηλά βουνα τα χιονοσκεπασμένα

 

Θλιβερός, αργός, βαριεστημένος,

σαν από καραβοτσάκισμα,

τράβηξα να ζήσω με τ' αργίμια,

κι έφερα τη μούλα μου κατάνακρα

κ' έστησα την τέντα μου κατάψηλα

σε ρουμάνια και σε στενορρύμια

 

Κωστής Παλαμάς 1899 Ποίηση 

 

υπό έρευνα και υπό κατασκευή

 

 
ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΗ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΚΑΘΙΖΗΣΗ
ΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΟΜΑΔΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ
 
Πριν τον διαχωρισμό κάθε ουσίας μπορεί να υπάρξει ένα προκατάρτικό στάδια καθίζησης ομάδας ουσιών με ένα κοινό αντιδραστήριο για να ακολουθήσει στην συνέχεια η μεμονωμένη απόσπασή τους από το μείγμα. Αυτό χρησιμοποιείται στην Αναλυτική Χημεία για την ποιοτική Χημική Ανάλυση ουσιών σε μείγμα που διακρίνεται σε Ποιοτική Ανάλυση Κατιόντων και Ανιόντων
 
Τα κατιόντα ταξινομούνται σε αναλυτικές ομάδες σύμφωνα με την συμπεριφορά τους έναντι ορισμένων αντιδραστηρίων που προκαλούν επαρκή καθίζηση των ιόντων της ομάδας τους, σχηματίζουν ίζημα που κατεργάζεται εύκολα και δεν περιέχει κατιόντα από άλλες ομάδες, δεν δρα παρεμποδιστικά για τα επόμενα στάδια της ανάλυσης 
 
Σύμφωνα με το Σύστημα Fresenius τα κατιόντα ταξινομούνται σε 5 αναλυτικές ομάδες με βάση την συμπεριφορά τους έναντι ορισμένων αντιδραστηρίων
 
ΟΜΑΔΑ Ι Περιλαμβάνει κατιόντα που τα χλωριούχα άλατά τους είναι δυσδιάλυτα στο νερό και τα αραιά οξέα. Τα κατιόντα της ομάδας αυτής είναι ο Αργυρος Ag+,  ο Μόλυβδος Pb2+,  και ο Υδράργυρος Hg2+. Αντιδραστήριο για την ομάδα Ι είναι το υδροχλώριο
 
ΟΜΑΔΑ ΙΙ Περιλαμβάνει κατιόντα που τα χλωριούχα άλατά τους είναι ευδιάλυτα στο νερό ενώ τα θειούχα άλατά τους είναι δυσδιάλυτα σε όξινα διαλύματα. Τα κατιόντα αυτά είναι ο μόλυβδος (Pb2+) ο υδράργυρος (Hg2+, το Βιρύλιο (Bi3+), ο χαλκός (Cu2+), το Αρσενικό As3+ , As5+, το Αντιμόνιο Sb3+,Sb5+  Κασσίτερος Sn2+, Sn4+ , 
Αντιδραστήριο για την ομάδα ΙΙ είναι η θειοακεταμίδη C2H5SNH2
 
 ΟΜΑΔΑ ΙΙΙ Περιλαμβάνει κατιόντα που τα χλωριούχα και τα θειούχα άλατά τους είναι ευδιάλυτα σε όξινα διαλύματα,  ενώ τα θειούχα άλατά τους είναι δυσδιάλυτα σε αλκαλικά (αμμωνιακά) διαλύματα. Τα κατιόντα αυτά είναι το Mn2+, Fe2+, (Fe3+) Co2+, Ni2+, Al3+, Cr3+, Zn2+. Αντιδραστήριο για την ομάδα ΙΙI  είναι  η θειοακεταμίδη C2H5SNH2 .
 
  ΟΜΑΔΑ ΙV Περιλαμβάνει κατιόντα που τα χλωριούχα και τα θειούχα άλατά τους είναι ευδιάλυτα τόσο σε όξινα διαλύματα όσο και σε αλκαλικά διαλύματα,  ενώ τα ανθρακικά  άλατά τους είναι δυσδιάλυτα. Τα κατιόντα της ομάδας IV είναι Ca2+, Βa2+. Το αντιδραστήριο thw ομάδας IV (ΝΗ3)2CΟ3
 
ΟΜΑΔΑ V Περιλαμβάνει κατιόντα που τα χλωριούχα  τα θειούχα και τα ανθρακικά άλατά τους είναι ευδιάλυτα στο νερό. Είναι η διαλυτή ομάδα και περιλαμβάνει τα κατιόντα Mg2+, K+ , Na+, NH4+. 
 
ομοίως
 
Σύμφωνα με το Σύστημα Fresenius τα συνηθέστερα απαντώμενα 15 ανιόντα ταξινομούνται σε 4 αναλυτικές ομάδες με βάση την συμπεριφορά τους σε καθορισμένες συνθήκες έναντι ορισμένων αντιδραστηρίων και απομονώνονται
 
ΟΜΑΔΑ Ι Περιλαμβάνει ανιόντα που τα άλατά τους με ασβέστιο  είναι δυσδιάλυτα σε ασθενώς αλκαλικά διαλύματα. Τα ανιόντα της ομάδας αυτής είναι τα CO32-, C2O42-, F-, SO32-,  AsO43-, PO43-.  Αντιδραστήριό τους το Ca(NO3)2
 
ΟΜΑΔΑ ΙI Περιλαμβάνει ανιόντα που τα άλατά τους με ασβέστιο  είναι ευδιάλυτα σε ασθενώς αλκαλικά διαλύματα ενώ τα άλατά τους με βάριο είναι δυσδιάλυτα. Τα ανιόντα της ομάδας αυτής είναι τα   SO42-, CrO42-, Αντιδραστήριό τους το Ba(NO3)2
 
 ΟΜΑΔΑ ΙΙΙ Περιλαμβάνει ανιόντα που τα άλατά τους με ασβέστιο και βάριο είναι ευδιάλυτα στο νερό ενώ τα άλατά τους με άργυρο είναι δυσδιάλυτα  σε όξινα διαλύματα. Tα ανιόντα της ομάδας ΙΙΙ είναι , S2-, Cl-, I-, Br-.   Το αντιδραστήριο της ομάδας είναι ΑgΝΟ3. 
 
ΟΜΑΔΑ ΙΙΙ Περιλαμβάνει ανιόντα που τα άλατά τους με ασβέστιο;άργυρο και βάριο είναι ευδιάλυτα στο νερό και τα οξέα. Δεν υπάρχει κοινό αντιδραστήριο για την καταβύθισή τους. Ονομάζονται διαλυτή ομαδα και περιλαμβάνουν ΝΟ3-, ΝΟ2- .
 
 
ΧΗΜΙΚΗ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗ
ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ  ΤΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΙΔΙΟΝ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΤΗ
 
Η Χημική κλασματική εναπόθεση χρησιμοποιείται εάν σε ένα μείγμα  υπάρχουν ιόντα που σχηματίζουν τον ίδιο τύπο αλάτων  (οπως αλογονίδια,  θειϊκά και χρωμικά άλατα βαρίου και ασβεστίου, σουλφίδια μετάλλων κ.α.) αλλά διαφορετικής διαλυτότητας.  '
 
ΚΑΤΑΒΥΘΙΣΗ ΤΟΥ ΠΙΟ ΔΥΣΔΙΑΛΥΤΟΥ
Τα αντιδραστήρια - κατακρημνηστές που χρησιμοποιούνται δημιουργούν ενώσεις με περισσότερα από ένα ιόντα. Παράδειγμα, σε ένα μείγμα στο οποίο υπάρχουν κατιόντα ασβεστίου και Βαρίου προσθέσουμε ένα διάλυμα οξαλικού αμμωνίου θα υπάρξει κλασματική εναπόθεση εφόσον πρώτα θα καταβυθιστε'ι το οξαλικό ασβέστιο  που είναι πιο δυσδιάλυτο 
 
Ca2+  + C2O42-    ->    CaC2O4.   Ksp (CaC2O4) = [Ca2+]  [ C2O42- ] = 2,6.10-9 ,
Ba2+  + C2O42-    ->    BaC2O4.    Ksp BaC2O4) = [Ba2+]  [ C2O42- ] = 1,6.10-9 ,
 

ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ . 

ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ  ΤΟΥ ΙΖΗΜΑΤΟΣ ΣΤΟ ΙΔΙΟΝ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΤΗ

ΑΥΞΗΣΗ Ή ΕΛΑΤΤΩΣΗ ΤΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΤΗ

ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

Είναι μια μέθοδος διαχωρισμού ενός μείγματος ουσιών με παρόμοιες χημικές ιδιότητες με διαδοχική καθίζηση από ένα διάλυμα στο ίζημα σε χωριστά τμήματα.

Βασίζεται στην διαφορά στην διαλυτότητα των κλασμάτων του ιζήματος,και την κατακρήμνηση των ελάχιστα διαλυτών ουσιών και την προσθήκη πρόσθετης ποσότητας αντιδραστήριου.

  (Η δυνατότητα ποσοτικού διαχωρισμού του μείγματος εξαρτάται από την αρχική αναλογία των αρχικών ιζηματογενών ενώσεων)

ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΚΑΘΙΖΗΣΗ

ΟΥΣΙΕΣ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΠΟΥ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΟΝ ΙΔΙΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΟ - ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΤΗ

Σε μείγμα που περιέχει έναν αριθμό ουσιών οι οποίες έχουν διαφορετική διαλυτότητα η κάθε μια, καθιζάνουν όμως με τον ίδιο κατακρημνηστή,

ακολουθούμε μια ιδιαίτερη τεχνική  ώστε να διαχωρίσουμε τις ουσίες αυτές και να παραλάβουμε διαδοχικά την  κάθε μια από αυτές σαν σύνθετη ουσία 

Για να παραλάβουμε σε ιζήματα ξεχωριστά την κάθε μια Ταπό τις ουσίες αυτές,  εκμεταλλευόμαστε την διαφορά που υπάρχει στον βαθμό που η κάθε μια διαλύεται στο διάλυμα. 

Ο κατακρημνστής -παράγοντας καθίζησης αρχίζειν να προστίθετααι σιγά σιγά ώσπου το διάλυμα εμφανίσει θολότητα η οποία οφείλεται στο κλάσμα της καθίζησης που είναι το πλέον δυσδιάλυτο και καθιζάνει πρώτο. παίρνουμε αυτό το πρώτο ίζημα με γνωστές τεχνικές και συνεχίζουμε να προσθέτουμε με τον ίδιο τρόπο τον κατακρημνηστή, έως ότου εμφανιστεί ξανά θολότητα στο διάλυμα. Αυτό σημαίνει ότι έχουμε το ίζημα της επόμενης πιο δυσδιάλυτης ουσίας και με αντίστοιχους τρόπους το διαχωρίζεται από το διάλυμα το επόμενο κλάσμα καθίζησης.

Αυτή η μέθοδος είναι πολυ χρήσιμη για να διαχωρίσουμε συστατικά πολυμερούς διαφορετικού μήκους αλυσίδας και βέβαια τα πιο δυσδιάλυτα είναι αυτά που καθιζάνουν αρχικά ενώ προοδευτικά λαμβάνουμε τα πολυμερή με μικρότερο μήκος αλυσίδας.

Εάν πρόκειται για διάλυμα πολυσακχαριτών οι πολυσακχαρίτες που διαχωρίζονται πρώτοι είναι αυτοί με την υψηλότερη πυκνότητα φορτίου και το μεγαλύτερο μοριακό βάρος.

Εάν πρόκειται για διάλυμα ρητινών οι ρητίνες που διαχωρίζονται πρώτες είναι αυτοί με την χαμηλότερη διαλυτότητα και το μεγαλύτερο μοριακό βάρος.

 

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΟΥΣΙΩΝ ΣΕ ΣΤΕΡΕΟ ΜΕΙΓΜΑ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ

ΜΕ ΤΗΝ ΑΥΞΗΣΗ Ή ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ

ΣΥΝΕΠΑΓΕΙ  ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΤΗΝ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΚΑΘΕ  ΚΛΑΣΜΑΤΟΣ 

Εδώ υπάρχει αρχικά ένα στερεό ίζημα που περιέχει μείγμα ουσιών που επιθυμούμε να διαχωρίσουμε. Τις ουσίες αυτές μεταφέρουμε σε διάλυμα και με παρόμοιες μεθόδους εφαρμόζουμε ουμε την κλασματική καθίζηση.

Πειραματικά η καθίζηση (εκτός από κάποιες άλλες τροποποιήσεις στην τεχνική)   συνδυάζεται με την αύξηση της θερμοκρασίας μετά από κάθε έναν διαχωρισμό κλάσματος του ιζήματος. Συνήθως, αυξάνουν την θερμοκρασία του μείγματος 4-5 Co μετά την πλήρη καθίζηση του κλασματος. Εάν έχει μείνει κάποια θολότητα στο μείγμα, αυτή εξαφανίζεται. Στην συνέχεια προσθέτουν επιπλέον αντιδραστήριο κατακρήμνησης για το επόμενο κλάσμα.

 

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΜΕΙΓΜΑΤΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗ

Συχνά αυτός ο διαχωρισμός χρησιμοποιείται σε μείγμα κρυσταλλικών ουσιών από τις οποίες θέλουμε να διαχωρίσουμε και να πάρουμε καθαρές κρυσταλλικές ουσίες .

Οι ουσίες αυτές διαλύονται και ανακρυσταλλώνονται. Ο διαχωρισμός τους σε ξεχωριστές καθαρές κρυσταλλικές ουσίες βασίζεται στην διαφορετική τους διαλυτότητα σε συγκεκριμένο διαλύτη η οποία επιπλέον εξαρτάται και από τη θερμοκρασία. Γενικά η διαλυτότητα των κρυσταλλικών ουσιών αυξάνεται με την αύξηση και μειώνεται με την μείωση της θερμοκρασίας.

Εάν αυτό το μείγμα συγκρυσταλλωμένων ουσιών μεταφερθεί σε ένα θερμό διάλυμα με την σταδιακή ψύξη αυτού του θερμού διαλύματος που περιέχει εν διαλύσει όλες αυτές τις κρυσταλλικές ουσίες, το διάλυμα θα βρίσκεται κορεσμένο σε μια προς μια από τις ουσίες του αρχικού μείγματος, η οποία θα απελευθερώνεται σαν κρύσταλλος καθαρής ουσίας στο ίζημα

 
 
 
 
 
 
 
ΠΗΓΕΣ