Oborino ali kemično obarjanje je proces, ki vključuje tvorbo netopne trdne snovi iz zmesi dveh homogenih raztopin. Za razliko od padavin dežja in snega pri tej vrsti padavin "dežuje trdno" s površine tekočine.
V dveh homogenih raztopinah ioni raztopimo v vodi. Ko ti medsebojno delujejo z drugimi ioni (v času mešanja), njihove elektrostatične interakcije omogočajo rast kristala ali želatinske trdne snovi. Zaradi učinka gravitacije se ta trdna snov konča na dnu steklenega materiala.
Padavine urejajo ionsko ravnovesje, ki je odvisno od številnih spremenljivk: od koncentracije in narave vmešane vrste do temperature vode in dovoljenega časa stika trdne snovi z vodo.
Poleg tega niso vsi ioni sposobni vzpostaviti ravnovesja ali kar je enako, ne morejo vsi nasičiti raztopine v zelo nizkih koncentracijah. Na primer, da oborimo NaCl, moramo vodo izhlapeti ali dodati več soli.
Nasičena raztopina pomeni, da ne more raztopiti več trdne snovi, zato se obori. Zaradi tega so padavine tudi jasen znak, da je raztopina nasičena.
Reakcija padavin
Če upoštevamo raztopino z raztopljenimi ioni A in drugo z B ioni, kemična enačba reakcije predvideva:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Vendar pa je "skoraj" nemogoče, da bi bili A in B na začetku sami, nujno, da jih morajo spremljati drugi ioni z nasprotnimi naboji.
V tem primeru A + tvori topno spojino s C - vrsto , B - pa enako z vrstami D + . Tako kemijska enačba zdaj dodaja nove vrste:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Vrste A + izpodrivajo vrste D +, da tvorijo trdno AB; vrsta C - izpodrine B - tvori topni trdni enosmerni tok.
Se pravi, da pride do dvojnih premikov (metatezna reakcija). Torej je reakcija padavin reakcija dvojnega iona.
Za primer na zgornji sliki čaša vsebuje zlate kristale svinčevega (II) jodida (PbI 2 ), produkta tako imenovane reakcije "zlata prha":
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Po prejšnji enačbi je A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + in B = I - .
Nastanek oborine
Stene čaše prikazujejo kondenzirano vodo pred močno vročino. S kakšnim namenom se ogreva voda? Za upočasnitev procesa tvorbe kristalov PbI 2 in poudarjanje učinka zlate prhe.
Ob srečanju z dvema I - anionoma kation Pb 2+ tvori drobno jedro treh ionov, kar ni dovolj za izgradnjo kristala. V drugih regijah raztopine se tudi drugi ioni zbirajo, da tvorijo jedra; Ta postopek je znan kot nukleacija.
Ta jedra privlačijo druge ione in tako raste, da tvorijo koloidne delce, ki so odgovorni za rumeno motnost raztopine.
Na enak način ti delci sodelujejo z drugimi, da povzročijo strdke, ti strdki pa z drugimi, da končno nastane oborina.
Ko pa se to zgodi, je oborina želatinasta, s svetlimi odtenki nekaterih kristalov, ki se "sprehajajo" skozi raztopino. To je zato, ker je hitrost nukleacije večja od rasti jeder.
Po drugi strani se največja rast jedra odraža v briljantnem kristalu. Za zagotovitev tega kristala mora biti raztopina nekoliko nasičena, kar dosežemo s povečanjem temperature pred padavinami.
Ko se raztopina ohladi, imajo jedra dovolj časa za rast. Ker koncentracija soli ni zelo visoka, temperatura nadzoruje proces nukleacije. Posledično obe spremenljivki koristita videzu kristalov PbI 2 .
Proizvod topnosti
PbI 2 vzpostavi ravnotežje med njo in ioni v raztopini:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
Konstanta tega ravnovesja se imenuje konstanta topnostnega produkta, K ps . Izraz "proizvod" se nanaša na množenje koncentracij ionov, ki sestavljajo trdno snov:
K ps = 2
Tu trdno snov sestavljajo ioni, izraženi v enačbi; vendar v teh izračunih ne šteje trdnega.
Koncentracije ionov Pb 2+ in I - I so enake topnosti PbI 2 . To pomeni, da se lahko določi topnost ene od teh, druge in konstantne K ps .
Zakaj so sestavljene vrednosti K ps za nizko topne spojine v vodi? Gre za merilo stopnje netopnosti spojine pri določeni temperaturi (25 ° C). Tako je manjši K ps , bolj netopen je.
Zato lahko s primerjavo te vrednosti z vrednostmi drugih spojin napovemo, kateri par (npr. AB in DC) se bo najprej oboril. V primeru hipotetične spojine DC je lahko njen K ps tako visok, da za oborino potrebujemo večje koncentracije D + ali C - v raztopini.
To je ključno za tako imenovane delne padavine. Prav tako je mogoče izračunati najmanjšo količino oborine v enem litru vode , če poznamo K ps za netopno sol.
Vendar v primeru KNO 3 takšnega ravnovesja ni, zato mu primanjkuje K ps . V resnici gre za zelo topno sol v vodi.
Primeri
Reakcije padavin so eden izmed procesov, ki bogatijo svet kemičnih reakcij. Nekaj dodatnih primerov (poleg zlatega tuša) je:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
Zgornja slika prikazuje nastanek oborine belega srebrovega klorida. Na splošno ima večina spojin srebra bele barve.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Nastane bela oborina barijevega sulfata.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Modrikast oborina dvobaznega bakrovega (II) sulfata tvori.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Nastane oranžna oborina srebrovega kromata.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Oblikuje se bela oborina kalcijevega karbonata, znanega tudi kot apnenec.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Končno nastane oranžna oborina železovega (III) hidroksida. Na ta način z reakcijami padavin nastane kakršna koli spojina.
Reference
- Day, R., & Underwood, A. Kvantitativna analitična kemija (5. izd.). Dvorana PEARSON Prentice, str 97-103.
- Der Kreole. (6. marec 2011). Zlati dež. . Pridobljeno 18. aprila 2018 z: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, dr. (9. april 2017). Opredelitev reakcije padavin. Pridobljeno 18. aprila 2018, z: thinkco.com
- Načelo le Châtelierja: Reakcije padavin. Pridobljeno 18. aprila 2018, z: digipac.ca
- Prof. Botch. Kemijske reakcije I: Neto ionske enačbe. Pridobljeno 18. aprila 2018 z: le predaemoemo.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8. oktober 2012). Srebrni klorid (AgCl). . Pridobljeno 18. aprila 2018 z: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 150, 153, 776–786.