Құрамында Al2(SO4)3 (C=0,004 моль/л) + Na
Тұндыру процесін түсіндіре отырып, тұнбаның толық түскенін анықтайтын факторларды жазыңыз. Тұндырғыштың қажетті мөлшерін есептеу жолымен жұмыс істеңіз
жүктеу/скачать 10,11 Mb.
|
аналитика 3 деңгей
| 70. Тұндыру процесін түсіндіре отырып, тұнбаның толық түскенін анықтайтын факторларды жазыңыз. Тұндырғыштың қажетті мөлшерін есептеу жолымен жұмыс істеңіз.
Тұнбаға түсіру процесі. Химиялық реакциялардың негізгі бір аналитикалық белгісі тұнбалардың пайда болуы. Тұнба алу реакциялары заттарды бөлуге пайдаланылады. Тұнба түсу процесін сандық жолмен сипаттауға болады: тұнбаның массасын анықтау - гравиметриялық анализ немесе анықталатын затты түгел тұнбаға түсіруге кеткен стандартты реактивтің көлемін анықтау - титриметриялық анализ. Осының бәрі тұнба алу реакцияларын заттарды ашуға, анықтауға және бөлуге мүмкіндік береді. Тұнба түзілгенде екі фазалы «ерітінді – тұнба» жүйесі пайда болады. Тұндыру процесінің негізгі заңдылықтары негізінен, кристалдық торы иондардан тұратын нашар еритін электролиттерге арналып қорытылған. Мұндай жүйедегі тепе-тендікке еру
тұну қанаққан ерітіндідегі иондар Әрекеттесуші массалар заңын қолдансақ, онда Қатты фазаның активтілігін а=1 тең деп есептесек: K . аМА=EKТ= аМn+ . аАn-. Тұну және еру жылдамдықтары теңескенде нашар еритін электролиттің қаныққан ерітіндісіндегі иондардың концентрацияларының (активтіліктерінің) көбейтіндісі белгілі температура мен қысымда тұрақты мән. Бұл константаны ерігіштік көбейтіндісі деп атайды. Гетерогенді тұнба түзілу және еру тепе-тендігінің константасы ЕК мәнін пайдаланып, тұнбаның түзілу процесін басқаруға болады. Нашар еритін күшті электролит тұнбаларының түзілу жағдайларын қарастырайық. Ол үшін алдымен BaSO4 тұнбасының сулы ортада түзілу мысалын алайық. BaSO4-ның таза судағы ерігіштік көбейтіндісі: T=const кезінде EK BaSO4 =[ Ва2+][ SO42-]= const Таза судағы барий сульфатының ерітіндісінде Ва2+ иондары мен SO42- иондарының концентрациялары өзара тең [Ва2+] = [SO42-]=C. [Ва2+][SO42-] = C – иондар көбейтіндісі деп аталады. Барий сульфатының қанықпаған ерітіндісінде [Ва2+] және [SO42-] иондарының концентрациялары оның қанық ерітіндісімен салыстарғанда біршама төмен, сондықтан иондық көбейтінді ерігіштік көбейтіндісінен аз болады. Сонымен, барий сульфаты тұнбасының ерітіндіден түзілу жағдайы үшін [Ва2+][SO42-] > ЕКВаSO4, яғни иондық көбейтіндісі ерігіштік көбейтіндісінен артық болуы керек. Тұнбаның түзілуі үшін ерітіндідегі тұнба түзуге қатысатын иондардың концентрацияларының көбейтіндісі (ИК) ерігіштік көбейтіндісінен (ЕК) көп болуы керек. Бұл жағдайда ерітінді аса қанаққан күйде болады да, ал тұнба аса қанаққан ерітіндіден қанаққан ерітінді пайда болғанша түседі, яғни ИК=ЕК теңескенше. Тепе-тендік орнағаннан кейін тұнбаның пайда болуы тоқтайды. Сондықтан тұнбаның толық түсуі артады. Тәжірибеде тұндырғыштың 1,5 есе артық мөлшері алынады, ал одан артық мөлшер, керісінше тұнбаның ерігіштігін арттыруы мүмкін. Себебі тұздық эффект және конкурентті комплекс түзілу реакциялары орын алуы мүмкін. Көрсетілген себептер концентрациялық ерігіштік көбейтіндісінің термодинамикалық ерігіштік көбейтіндісіне қарағанда артуына (ЕКК > ЕКТ), соған байланысты тепе-тендіктің тұнба еру жағына ығысуына әкеледі. Тұнбаның түзілу жағдайлары Заттардың нашар ерігіштігі және олардың тұнбаға түсу қабілеті тұнба түзуші элементтің қасиеттерімен тығыз байланысты. Зарядтары бірдей иондардың қосылыстарының ерігіштігі сол ионның радиусының артуымен және электростатикалық сипаттамаларының (z2/r) азаюымен төмендейді. Бұл жағдай катионның жоғары поляризациялануымен және байланыстың коваленттік дәрежесінің өсуімен байланысты. Мысалы, CaSO4, SrSO4, BaSO4 қатарында металл иондарының радиусының артуымен және (z2/r) азаюымен тұнбалардың ерігіштігі нашарлайды. Дәл осындай заңдылық сульфидтер, галогенидтер, селенидтер және тағы басқа тұздар түзетін топ қосылыстарына да тән. Элементтің тотығу дәрежесінің өсуімен оның түзген қосылыстарының ерігіштігі нашарлайды. Мысалы, темір (ІІ) гидроксиді үшін Е=1,05.10-5 моль/л, ал темір (ІІІ) гидроксиді үшін Е=1,8.10-9 моль/л. Дегенмен, көптеген қосылыстардың тотығу дәрежесінің артуымен олардың ерігіштігі артады, бұл иондардың химиялық қасиеттерінің өзгерісімен байланысты. Радиусы үлкен және жеңіл поляризацияланатын аниондар қатысында тұнбалар жеңіл түзіледі. Мысалы, СО32-, PО43-, SiО32-, SО32-, AsО42- және тағы басқалар. Аниондардың жеңіл поляризациялануы коваленттік байланыс санының артуынан туындайды. Бөлшектердің формаларының размерлеріне тәуелді тұнбаларды кристалды және аморфты деп бөледі. Кристалды тұнбалардың түзілуіне кристалдану орталықтарының пайда болуы және түзілген кристалдардың онан әрі өсу процесі қатысады. Кристалдану орталықтарына тұздың кристалдық торындағы 10-100 молекуласы қатыса алады. Тұнба түзуге қатысатын иондар ерітіндіде еріткіш молекуласымен сольватталған күйінде жүреді. Ал, тұнбаның түзілуі үшін, яғни кристалдық орталықтардың пайда болуы үшін десольватацияланған бөлшектер қажет. Бөлшектердің десольватациялануы және ассоциациясы (агрегаттануы) фаза аралық шекара – бөгде бөлшектердің бетінде, яғни шыны бетінде жеңіл жүзеге аса алады. Ерітінді концентрациясы жоғары болып, берілген заттың ерігіштігі аз болса, ұрық кристалдары көп түзіледі. Тұндыру кезінде түзілетін кристалды орталықтардың саны аса маңызды. Егер олардың саны көп болса, онда өте көп ұсақ кристалдар түзіледі. Ал олардың саны аз болса, онда кристалдардың аз ғана саны өсетіндіктен, ірі кристалды тұнба түзіледі. Кристалды орталықтардың саны ерітіндінің аса қанығу дәрежесімен байланысты. Аса қанығудың артуымен орталық саны да артады. Ерітіндінің аса қанығу мәні мынадай формуламен өректеледі: Еаса қанығу¬ = (Саса қанығу - С қанығу) / С қанығу Мұндағы: Сқанығу – аса қаныққан ерітіндінің концентрациясы, Сқанығу – қаныққан ерітіндінің концентрациясы. Аса қаныққан ерітінділерде кристалды орталықтар көп мөлшерде жылдам түзіледі де, олардан ұсақ кристалды тұнбалар өседі. Қаныққан ерітінділерде кристалдану орталықтар саны аз болатындықтан, тұнба баяу, бірақ ірі кристалды болып түзіледі. Егер керісінше, ерітінділер сұйытылған болып, реактивтер баяу араласатын болса, онда ұрық саны аз түзіледі де, осыған сәйкес түзілген кристалдар саны да аз, бірақ ірі болады. Егер ұрық кристалдары ірі агрегаттарға бірігіп, ыдыс түбіне шөгетін болса, онда аморфты тұнбалар түзіледі. Аморфты тұнбалар өте ұсақ кристалдардан тұрады, мұны рентген сәулелерімен зерттеу нәтижелері көрсетіп отыр. Аморфты тұнбаларды әсіресе нашар еритін заттар жеңіл түзеді. Тұнбалардың түзілуіне ерітінді температурасы, әрекеттесетін заттардың концентрациясы, олардың ерігіштігі, әрекеттесу жылдамдығы, түзілу уақыты әсер етеді. Ерітінді температурасының жоғарылауы заттардың ерігіштігін арттырады, осыдан кристалдардың размерлері ұлғаяды. Сондықтан кристалды тұнбаларды алуды ыстық ерітінділерде жүргізу ұсынылады. Ыстық ерітіндіні салқындатқанда пайда болған кристалл массасы біртіндеп өсе бастайды. Кристалды тұнба алуда ерітіндідегі әрекеттесуші заттардың концентрациясы аса жоғары немесе аса төмен болмағаны дұрыс. Бұл жағдай кристалды орталықтардың өте көп саны түзіліп, нәтижесінде ұсақ кристалды тұнбаның түзілмеуін қамтамасыз етеді. Мысалы, барий сульфатының тұнбасын алуда әрекеттесетін реагенттердің концентрациясы 1 М шамасында болғаны жөн. Егер концентрация бұл мәннен жоғары болса, онда бөлшектердің размері кішірейеді. Ал концентрация өте төмен болса, онда тұнбаның түзілмеуі мүмкін. Ерігіштігі жоғары заттар ірі кристалды тұнбалар түзеді (мысалы, кальций сульфаты). Заттардың аз ерігіштігі ұсақ кристалды немесе аморфты тұнбалардың (металл сульфидтері) түзілуіне әкеледі. Реагенттердің әрекеттесу жылдамдығы түзілетін тұнбаның бөлшектерінің размерлеріне әсерін тигізеді. Жылдам әрекеттестіру кезінде ұсақ кристалды тұнбалар алынады, ал реагенттерді аз порциялармен әрекеттестіру ірі кристалды тұнбалар алуға мүмкіндік береді. Бұл кезде түзілетін тұнбаның концентрациясы ерітіндімен тұрақты күйде болатындықтан, ерітіндідегі пайда болып үлгерген кристалдану орталықтары ғана өседі. жүктеу/скачать 10,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|