Druskų, rūgščių ir bazių tirpumo lentelė yra pagrindas, be kurio neįmanoma visiškai įsisavinti cheminių žinių. Bazių ir druskų tirpumas padeda mokyti ne tik moksleivius, bet ir profesionalus. Daugelio gyvybės produktų kūrimas neapsieina be šių žinių.
Rūgščių, druskų ir bazių tirpumo vandenyje lentelė
Druskų ir bazių tirpumo vandenyje lentelė yra vadovas, padedantis įsisavinti chemijos pagrindus. Šios pastabos padės suprasti toliau pateiktą lentelę.
- P – nurodo tirpią medžiagą;
- H yra netirpi medžiaga;
- M - medžiaga mažai tirpi vandens aplinkoje;
- RK - medžiaga gali ištirpti tik veikiama stiprių organinių rūgščių;
- Brūkšnelis sakys, kad gamtoje toks padaras neegzistuoja;
- NK – netirpsta nei rūgštyse, nei vandenyje;
- ? - klaustukas rodo, kad šiandien nėra tikslios informacijos apie medžiagos ištirpimą.
Dažnai lentelę naudoja chemikai ir moksleiviai, studentai laboratoriniams tyrimams, kurių metu būtina nustatyti tam tikrų reakcijų atsiradimo sąlygas. Pagal lentelę paaiškėja, kaip medžiaga elgiasi vandenilio chlorido ar rūgščioje aplinkoje, ar galimos nuosėdos. Nuosėdos tyrimų ir eksperimentų metu rodo reakcijos negrįžtamumą. Tai reikšmingas momentas, galintis turėti įtakos viso laboratorinio darbo eigai.
| Katijonai | Anijonai | |||||||||
| F- | Cl- | br- | aš- | S2- | NE 3 - | CO 3 2- | SiO 3 2- | SO 4 2- | PO 4 3- | |
| Na+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| K+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| NH4+ | R | R | R | R | R | R | R | R | R | R |
| Mg2+ | RK | R | R | R | M | R | H | RK | R | RK |
| Ca2+ | NK | R | R | R | M | R | H | RK | M | RK |
| Sr2+ | NK | R | R | R | R | R | H | RK | RK | RK |
| Ba 2+ | RK | R | R | R | R | R | H | RK | NK | RK |
| sn 2+ | R | R | R | M | RK | R | H | H | R | H |
| Pb 2+ | H | M | M | M | RK | R | H | H | H | H |
| Al 3+ | M | R | R | R | G | R | G | NK | R | RK |
| Cr3+ | R | R | R | R | G | R | G | H | R | RK |
| Mn2+ | R | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Fe2+ | M | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Fe3+ | R | R | R | - | - | R | G | H | R | RK |
| Co2+ | M | R | R | R | H | R | H | H | R | H |
| Ni2+ | M | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| Cu2+ | M | R | R | - | H | R | G | H | R | H |
| Zn2+ | M | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| CD 2+ | R | R | R | R | RK | R | H | H | R | H |
| Hg2+ | R | R | M | NK | NK | R | H | H | R | H |
| Hg 2 2+ | R | NK | NK | NK | RK | R | H | H | M | H |
| Ag+ | R | NK | NK | NK | NK | R | H | H | M | H |
Legenda:
P - medžiaga gerai tirpsta vandenyje; M - mažai tirpus; H – praktiškai netirpsta vandenyje, bet lengvai tirpsta silpnose arba praskiestose rūgštyse; RK - netirpsta vandenyje ir tirpsta tik stipriose neorganinėse rūgštyse; NK – netirpi nei vandenyje, nei rūgštyse; G – visiškai hidrolizuojasi ištirpus ir neegzistuoja sąlytyje su vandeniu. Brūkšnys reiškia, kad tokios medžiagos iš viso nėra.
Vandeniniuose tirpaluose druskos visiškai arba iš dalies disocijuoja į jonus. Silpnų rūgščių ir (arba) silpnų bazių druskos hidrolizuojamos. Vandeniniuose druskų tirpaluose yra hidratuotų jonų, jonų porų ir sudėtingesnių cheminių formų, įskaitant hidrolizės produktus ir kt. Nemažai druskų taip pat tirpsta alkoholiuose, acetone, rūgščių amiduose ir kituose organiniuose tirpikliuose.
Iš vandeninių tirpalų druskos gali kristalizuotis kristalinių hidratų pavidalu, iš nevandeninių tirpalų - kristalinių solvatų pavidalu, pavyzdžiui, CaBr 2 3C 2 H 5 OH.
Duomenų apie įvairius vandens-druskos sistemose vykstančius procesus, apie druskų tirpumą esant jų bendrai, priklausomai nuo temperatūros, slėgio ir koncentracijos, apie kietųjų ir skystųjų fazių sudėtį galima gauti ištyrus vandens-druskos sistemų tirpumo diagramas.
Bendrieji druskų sintezės metodai.
1. Vidutinių druskų gavimas:
1) metalas su nemetalu: 2Na + Cl 2 = 2NaCl
2) metalas su rūgštimi: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2
3) metalas su mažiau aktyvaus metalo druskos tirpalu Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4) bazinis oksidas su rūgštiniu oksidu: MgO + CO 2 = MgCO 3
5) bazinis oksidas su rūgštimi CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O
6) bazės su rūgštiniu oksidu Ba (OH) 2 + CO 2 = BaCO 3 + H 2 O
7) bazės su rūgštimi: Ca (OH) 2 + 2HCl \u003d CaCl 2 + 2H 2 O
8) rūgštinės druskos: MgCO 3 + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O + CO 2
BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl
9) bazinis tirpalas su druskos tirpalu: Ba (OH) 2 + Na 2 SO 4 \u003d 2NaOH + BaSO 4
10) dviejų druskų tirpalai 3CaCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl
2. Rūgščių druskų gavimas:
1. Rūgšties sąveika su bazės trūkumu. KOH + H 2 SO 4 \u003d KHSO 4 + H 2 O
2. Bazės sąveika su rūgšties oksido pertekliumi
Ca(OH) 2 + 2CO 2 = Ca(HCO 3) 2
3. Vidutinės druskos sąveika su rūgštimi Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 \u003d 3Ca (H 2 PO 4) 2
3. Bazinių druskų gavimas:
1. Silpnos bazės ir stiprios rūgšties susidarančių druskų hidrolizė
ZnCl 2 + H 2 O \u003d Cl + HCl
2. Nedidelių šarmų kiekių pridėjimas (lašas po lašo) į vidutinių metalų druskų AlCl 3 + 2NaOH = Cl + 2NaCl tirpalus.
3. Silpnų rūgščių druskų sąveika su vidutinėmis druskomis
2MgCl 2 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d 2 CO 3 + CO 2 + 4NaCl
4. Sudėtinių druskų gavimas:
1. Druskų reakcijos su ligandais: AgCl + 2NH 3 = Cl
FeCl 3 + 6KCN] = K 3 + 3KCl
5. Dvigubų druskų gavimas:
1. Bendra dviejų druskų kristalizacija:
Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 24H 2 O \u003d 2 + NaCl
4. Redokso reakcijos dėl katijono ar anijono savybių. 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O
2. Rūgščių druskų cheminės savybės:
1. Terminis skilimas susidarant vidutinei druskai
Ca (HCO 3) 2 \u003d CaCO 3 + CO 2 + H 2 O
2. Sąveika su šarmu. Vidutinės druskos gavimas.
Ba(HCO 3) 2 + Ba(OH) 2 = 2BaCO 3 + 2H 2 O
3. Bazinių druskų cheminės savybės:
1. Terminis skilimas. 2 CO 3 \u003d 2CuO + CO 2 + H 2 O
2. Sąveika su rūgštimi: susidaro vidutinė druska.
Sn(OH)Cl + HCl = SnCl 2 + H 2 O
4. Sudėtinių druskų cheminės savybės:
1. Kompleksų sunaikinimas dėl blogai tirpių junginių susidarymo:
2Cl + K 2 S \u003d CuS + 2KCl + 4NH 3
2. Ligandų mainai tarp išorinės ir vidinės sferos.
K 2 + 6H 2 O \u003d Cl 2 + 2KCl
5. Dvigubų druskų cheminės savybės:
1. Sąveika su šarmų tirpalais: KCr(SO 4) 2 + 3KOH = Cr(OH) 3 + 2K 2 SO 4
2. Atkūrimas: KCr (SO 4) 2 + 2H ° (Zn, praskiestas H 2 SO 4) \u003d 2CrSO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 4
Daugelio chlorido druskų, sulfatų, karbonatų, Na, K, Ca, Mg boratų pramoninės gamybos žaliavos yra jūros ir vandenynų vanduo, natūralūs sūrymai, susidarantys jam garuojant, kietos druskų nuosėdos. Grupei mineralų, kurie sudaro nuosėdines druskų nuosėdas (Na, K ir Mg sulfatai ir chloridai), naudojamas kodinis pavadinimas „natūralios druskos“. Didžiausi kalio druskų telkiniai yra Rusijoje (Solikamske), Kanadoje ir Vokietijoje, galingi fosfatų rūdų telkiniai – Šiaurės Afrikoje, Rusijoje ir Kazachstane, NaNO3 – Čilėje.
Druskos naudojamos maisto, chemijos, metalurgijos, stiklo, odos, tekstilės pramonėje, žemės ūkyje, medicinoje ir kt.
Pagrindinės druskų rūšys
1. Boratai (oksoboratai), boro rūgščių druskos: metaboro HBO 2, ortoboro H 3 BO 3 ir poliboro rūgštys, neišskirtos laisvos būsenos. Pagal boro atomų skaičių molekulėje jie skirstomi į mono-, di-, tetra-, heksaboratus ir kt.Boratais dar vadinami pagal juos formuojančias rūgštis ir pagal B 2 O 3 molių skaičių. 1 moliui bazinio oksido. Taigi įvairūs metaboratai gali būti vadinami monoboratais, jei juose yra anijonas B (OH) 4 arba grandinės anijonas (BO 2). n n - diboratai – jei juose yra grandinės dvigubas anijonas (B 2 O 3 (OH) 2) n 2n- triboratai – jei juose yra žiedo anijonas (B 3 O 6) 3-.
Boratų struktūros apima boro-deguonies grupes - „blokus“, kuriuose yra nuo 1 iki 6, o kartais ir 9 boro atomai, pavyzdžiui:
Boro atomų koordinacinis skaičius yra 3 (boro-deguonies trikampės grupės) arba 4 (tetraedrinės grupės). Boro-deguonies grupės yra ne tik salų, bet ir sudėtingesnių struktūrų – grandininių, sluoksniuotų ir karkasinių polimerizuotų – pagrindas. Pastarieji susidaro dėl vandens pašalinimo hidratuotų boratų molekulėse ir jungiamųjų ryšių per deguonies atomus atsiradimo; procesą kartais lydi B-O jungties pertraukimas polianijonuose. Polianionai gali prijungti šonines grupes – boro-deguonies tetraedrus ar trikampius, jų dimerus arba pašalinius anijonus.
Amonis, šarmai ir kiti metalai, esantys +1 oksidacijos būsenoje, dažniausiai sudaro hidratuotus ir bevandenius MBO 2 tipo metaboratus, M 2 B 4 O 7 tetraboratus, MB 5 O 8 pentaboratus, taip pat M 4 B 10 O 17. dekaboruoja n H 2 O. Šarminės žemės ir kiti metalai, esantys + 2 oksidacijos būsenoje, dažniausiai duoda hidratuotus metaboratus, M 2 B 6 O 11 triboratus ir MB 6 O 10 heksaboratus. taip pat bevandeniai meta-, orto- ir tetraboratai. + 3 oksidacijos būsenos metalams būdingi hidratuoti ir bevandeniai MBO 3 ortoboratai.
Boratai yra bespalvės amorfinės medžiagos arba kristalai (daugiausia mažai simetriškos struktūros – monoklininės arba rombinės). Bevandenių boratų lydymosi temperatūra yra nuo 500 iki 2000 °C; labiausiai lydantys metaboratas yra šarminiai ir orto- bei šarminių žemių metalų metaboratai. Dauguma boratų lengvai suformuoja stiklus, kai jų lydalai atvėsinami. Hidratuotų boratų kietumas pagal Moso skalę yra 2–5, bevandenių – iki 9.
Hidratuoti monoboratai praranda kristalizacijos vandenį iki ~180°C, poliboratai - 300-500°C temperatūroje; vandens pašalinimas dėl OH grupių , koordinuota aplink boro atomus pasitaiko iki ~750°C. Visiškai dehidratuojant susidaro amorfinės medžiagos, kurios 500–800 ° C temperatūroje daugeliu atvejų „persitvarko“ - kristalizuojasi, kartu (poliboratams) vyksta dalinis skilimas, išsiskiriantis B 2 O 3.
Šarminių metalų, amonio ir T1 (I) boratai tirpsta vandenyje (ypač meta- ir pentaboratai), hidrolizuojasi vandeniniuose tirpaluose (tirpalai turi šarminę reakciją). Daugumą boratų lengvai skaido rūgštys, kai kuriais atvejais veikiant CO 2; ir SO2;. Šarminių žemių ir sunkiųjų metalų boratai sąveikauja su šarmų tirpalais, šarminių metalų karbonatais ir bikarbonatais. Bevandeniai boratai yra chemiškai stabilesni nei hidratuoti. Su kai kuriais alkoholiais, ypač su gliceroliu, boratai sudaro vandenyje tirpius kompleksus. Veikiant stiprioms oksiduojančioms medžiagoms, ypač H 2 O 2, arba elektrocheminės oksidacijos metu, boratai virsta peroksoboratais. .
Yra žinoma apie 100 natūralių boratų, kurie daugiausia yra Na, Mg, Ca, Fe druskos.
Hidratuoti boratai gaunami: neutralizuojant H 3 BO 3 metalų oksidais, hidroksidais arba karbonatais; šarminių metalų boratų, dažniausiai Na, mainų reakcijos su kitų metalų druskomis; mažai tirpių boratų tarpusavio virsmo reakcija su šarminių metalų boratų vandeniniais tirpalais; hidroterminiai procesai, naudojant šarminių metalų halogenidus kaip mineralizuojančius priedus. Bevandeniai boratai gaunami lydant arba sukepinant B 2 O 3 su metalų oksidais arba karbonatais arba dehidratuojant hidratus; pavieniai kristalai auginami boratų tirpaluose išlydytuose oksiduose, pavyzdžiui, Bi 2 O 3 .
Boratai naudojami: kitiems boro junginiams gauti; kaip įkrovos komponentai stiklų, glazūrų, emalių, keramikos gamyboje; ugniai atsparioms dangoms ir impregnavimui; kaip metalo valymui, suvirinimui ir litavimui skirtų srautų komponentai“; kaip dažų ir lakų pigmentai ir užpildai; kaip dažymo milteliai, korozijos inhibitoriai, elektrolitų komponentai, fosforai ir kt. Plačiausiai naudojamas boraksas ir kalcio boratai.
2. Halogenidai, cheminiai halogenų junginiai su kitais elementais. Halogenidai paprastai apima junginius, kuriuose halogeno atomai turi didesnį elektronegatyvumą nei kiti elementai. Halidai nesudaro He, Ne ir Ar. Iki paprastų arba dvejetainių halogenidų EX n (n- dažniausiai sveikasis skaičius nuo 1 monohalogenidams iki 7, IF 7 ir ReF 7, bet gali būti ir trupmeninis skaičius, pavyzdžiui, 7/6 Bi 6 Cl 7), visų pirma apima vandenilio halogenidų rūgščių druskas ir interhalogeninius junginius (skirta Pavyzdžiui, halofluoridai). Taip pat yra mišrių halogenidų, polihalogenidų, hidrohalogenidų, oksohalogenidų, oksihalogenidų, hidroksohalogenidų, tiohalogenidų ir kompleksinių halogenidų. Halogenų oksidacijos laipsnis halogeniduose paprastai yra -1.
Pagal elemento-halogeninio ryšio pobūdį paprastieji halogenidai skirstomi į joninius ir kovalentinius. Realiai santykiai yra mišraus pobūdžio, vyrauja vieno ar kito komponento indėlis. Šarminių ir šarminių žemių metalų halogenidai, taip pat daugelis kitų metalų mono- ir dihalogenidų yra tipiškos druskos, kuriose vyrauja joninė ryšio prigimtis. Dauguma jų yra santykinai atsparūs ugniai, mažai lakūs, gerai tirpsta vandenyje; vandeniniuose tirpaluose jie beveik visiškai disocijuoja į jonus. Druskų savybių taip pat turi retųjų žemių elementų trihalogenidai. Joninių halogenidų tirpumas vandenyje paprastai sumažėja nuo jodidų iki fluoridų. Chloridai, bromidai ir jodidai Ag + , Сu + , Hg + ir Pb 2+ blogai tirpsta vandenyje.
Padidėjus halogeno atomų skaičiui metalo halogeniduose arba metalo krūvio ir jo jono spindulio santykiui, padidėja jungties kovalentinis komponentas, sumažėja halogenidų tirpumas vandenyje ir terminis stabilumas, padidėja nepastovumas, oksidacijos padidėjimas, gebėjimas ir polinkis į hidrolizę. Šios priklausomybės stebimos to paties laikotarpio metalų halogenidams ir to paties metalo halogenidų serijoms. Juos lengva atsekti šiluminių savybių pavyzdžiu. Pavyzdžiui, 4-ojo laikotarpio metalų halogenidų lydymosi ir virimo temperatūra yra atitinkamai 771 ir 1430 °C KC1, 772 ir 1960 °C CaCl 2, 967 ir 975 °C ScCl 3, -24,1 ir 136 °C. dėl TiCl 4 . UF 3 lydymosi temperatūra yra ~ 1500 °C, UF 4 1036 °C, UF 5 348 °C, UF 6 64,0 °C. EB junginių serijoje n su tuo pačiu n jungties kovalentiškumas paprastai didėja pereinant nuo fluoridų prie chloridų ir mažėja, kai nuo pastarųjų pereina prie bromidų ir jodidų. Taigi AlF 3 sublimacijos temperatūra yra 1280 ° C, A1C1 3 180 ° C, A1Br 3 virimo temperatūra yra 254,8 ° C, AlI 3 407 ° C. Serijose ZrF 4, ZrCl 4 ZrBr 4, ZrI 4 sublimacijos temperatūra yra atitinkamai 906, 334, 355 ir 418°C. MF gretose n ir MS1 n kur M yra vieno pogrupio metalas, jungties kovalentiškumas mažėja didėjant metalo atominei masei. Yra keletas metalų fluoridų ir chloridų, kurių joninės ir kovalentinės jungčių sudedamosios dalys yra maždaug vienodos.
Vidutinė elemento ir halogeno jungties energija mažėja pereinant nuo fluoridų prie jodidų ir didėjant n(žr. lentelę).
Daugelis metalų halogenidų, kuriuose yra izoliuotų arba jungiamųjų O atomų (atitinkamai okso- ir oksihalogenidai), pavyzdžiui, vanadžio oksotrifluoridas VOF 3, niobio dioksofluoridas NbO 2 F, volframo dioksodijodidas WO 2 I 2.
Kompleksiniuose halogeniduose (halogenometalatuose) yra kompleksinių anijonų, kuriuose halogeno atomai yra ligandai, pavyzdžiui, kalio heksachlorplatinatas (IV) K 2 , natrio heptafluorotantalatas (V) Na, ličio heksafluorarsenatas (V) Li. Fluoro, oksofluoro ir chlormetalatai pasižymi aukščiausiu terminiu stabilumu. Pagal jungčių pobūdį joniniai junginiai su katijonais NF4+, N2F3+, C1F2+, XeF+ ir kitais yra artimi kompleksiniams halogenidams.
Daugeliui halogenidų būdingas susiejimas ir polimerizacija skystoje ir dujinėje fazėse, susidarant tiltiniams ryšiams. Labiausiai tam linkę yra I ir II grupių metalų halogenidai, AlCl3, Sb ir pereinamųjų metalų pentafluoridai, MOF 4 sudėties oksofluoridai. Pavyzdžiui, žinomi halogenidai su metalo ir metalo ryšiu. Cl-Hg-Hg-Cl.
Fluorai savo savybėmis labai skiriasi nuo kitų halogenidų. Tačiau paprastuose halogeniduose šie skirtumai yra mažiau ryškūs nei pačiuose halogenuose, o sudėtinguose halogeniduose jie yra mažiau ryškūs nei paprastų.
Daugelis kovalentinių halogenidų (ypač fluoridų) yra stiprios Lewis rūgštys, pvz. AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , A1C1 3 . Fluorai yra superrūgščių dalis. Didesnius halogenidus redukuoja metalai ir vandenilis, pavyzdžiui:
5WF 6 + W = 6WF 5
TiCl4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl2
UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF
V-VIII grupių metalų halogenidai, išskyrus Cr ir Mn, H2 redukuojami į metalus, pavyzdžiui:
WF 6 + ZN 2 = W + 6HF
Daugelis kovalentinių ir joninių metalų halogenidų sąveikauja tarpusavyje, sudarydami sudėtingus halogenidus, pavyzdžiui:
KC1 + TaCl 5 = K
Lengvesni halogenai gali išstumti sunkesnius iš halogenidų. Deguonis gali oksiduoti halogenidus, išskirdamas C1 2, Br 2 ir I 2 . Viena iš būdingų kovalentinių halogenidų reakcijų yra sąveika su vandeniu (hidrolizė) arba jo garais kaitinant (pirohidrolizė), dėl kurios susidaro oksidai, oksi- arba oksohalogenidai, hidroksidai ir vandenilio halogenidai.
Halogenidai gaunami tiesiogiai iš elementų, vandenilio halogenidams arba vandenilio halogenidinėms rūgštims sąveikaujant su elementais, oksidais, hidroksidais ar druskomis, taip pat mainų reakcijose.
Halogenidai plačiai naudojami inžinerijoje kaip pradinės medžiagos halogenų, šarminių ir šarminių žemės metalų gamyboje, taip pat kaip stiklų ir kitų neorganinių medžiagų komponentai; jie yra tarpiniai produktai gaminant retus ir kai kuriuos spalvotuosius metalus, U, Si, Ge ir kt.
Gamtoje halogenidai sudaro atskiras mineralų klases, į kurias įeina fluoridai (pvz., mineralai fluoritas, kriolitas) ir chloridai (silvitas, karnalitas). Bromas ir jodas yra kai kuriuose mineraluose kaip izomorfinės priemaišos. Didelis halogenidų kiekis randamas jūrų ir vandenynų vandenyje, druskoje ir požeminiuose sūrymuose. Kai kurie halogenidai, tokie kaip NaCl, KC1, CaCl 2, yra gyvų organizmų dalis.
3. Karbonatai (iš lot. carbo, genties byla carbonis anglis), anglies rūgšties druskos. Yra vidutiniai karbonatai su CO 3 2- anijonu ir rūgštiniai, arba bikarbonatai (pasenę bikarbonatai), su HCO 3 - anijonu. Karbonatai yra kristalinės medžiagos. Dauguma vidutinių metalų druskų oksidacijos būsenoje + 2 kristalizuojasi į šešiakampį. kalcito arba rombinio aragonito tipo gardelės.
Iš vidutinių karbonatų vandenyje tirpsta tik šarminių metalų druskos, amonis ir Tl (I). Dėl reikšmingos hidrolizės jų tirpalai turi šarminę reakciją. Sunkiausiai tirpūs metalų karbonatai oksidacijos būsenoje + 2. Priešingai, visi bikarbonatai labai gerai tirpsta vandenyje. Vykstant mainų reakcijoms vandeniniuose tirpaluose tarp metalų druskų ir Na 2 CO 3, susidaro vidutinių karbonatų nuosėdos tais atvejais, kai jų tirpumas yra daug mažesnis nei atitinkamų hidroksidų. Tai pasakytina apie Ca, Sr ir jų analogus lantanidus, Ag(I), Mn(II), Pb(II) ir Cd(II). Likę katijonai, sąveikaudami su ištirpusiais karbonatais dėl hidrolizės, gali duoti ne vidutinius, o bazinius karbonatus ar net hidroksidus. Vidutiniai karbonatai, kuriuose yra daug įkrautų katijonų, kartais gali būti nusodinami iš vandeninių tirpalų, esant dideliam CO 2 pertekliui.
Cheminės karbonatų savybės atsiranda dėl to, kad jie priklauso silpnų rūgščių neorganinių druskų klasei. Karbonatams būdingos savybės yra susijusios su blogu jų tirpumu, taip pat pačių krabonatų ir H 2 CO 3 terminiu nestabilumu. Šios savybės naudojamos analizuojant krabonatus, remiantis jų skaidymu stipriomis rūgštimis ir kiekybine CO 2, šiuo atveju išsiskiriančio šarminio tirpalo absorbcija, arba CO 3 2- jonų nusodinimu iš tirpalo. ВаСО 3 forma. Veikiant CO 2 pertekliui vidutinio karbonato nuosėdoms tirpale, susidaro bikarbonatas, pavyzdžiui: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2. Bikarbonatų buvimas natūraliame vandenyje lemia laikiną jo kietumą. Hidrokarbonatai šiek tiek kaitinant jau žemoje temperatūroje vėl virsta vidutiniais karbonatais, kurie kaitinant skyla į oksidą ir CO 2. Kuo metalas aktyvesnis, tuo aukštesnė jo karbonato skilimo temperatūra. Taigi Na 2 CO 3 tirpsta nesuirdamas 857 °C temperatūroje, o Ca, Mg ir Al karbonatų pusiausvyros skilimo slėgiai siekia 0,1 MPa atitinkamai 820, 350 ir 100 °C temperatūroje.
Karbonatai gamtoje yra labai paplitę dėl CO 2 ir H 2 O dalyvavimo mineralų susidarymo procesuose. karbonatai vaidina svarbų vaidmenį kuriant pasaulinę pusiausvyrą tarp dujinio CO 2 atmosferoje ir ištirpusio CO 2 ;
ir HCO 3 - ir CO 3 2- jonai hidrosferoje ir kietosios druskos litosferoje. Svarbiausi mineralai yra CaCO 3 kalcitas, MgCO 3 magnezitas, FeCO 3 sideritas, ZnCO 3 smitsonitas ir kai kurie kiti.Kalkakmenis daugiausia sudaro kalcitas arba organizmų kalcito skeleto liekanos, retai aragonitas. Taip pat žinomi natūralūs hidratuoti šarminių metalų ir Mg karbonatai (pavyzdžiui, MgCO 3 ZH 2 O, Na 2 CO 3 10H 2 O), dvigubi karbonatai [pavyzdžiui, dolomitas CaMg (CO 3) 2, sostas Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O] ir bazinis [malachitas CuCO 3 Cu(OH) 2, hidrokerusitas 2РbСО 3 Pb(OH) 2].
Svarbiausi yra kalio karbonatas, kalcio karbonatas ir natrio karbonatas. Daugelis natūralių karbonatų yra labai vertingos metalų rūdos (pavyzdžiui, Zn, Fe, Mn, Pb, Cu karbonatai). Bikarbonatai atlieka svarbų fiziologinį vaidmenį, nes yra buferinės medžiagos, reguliuojančios kraujo pH pastovumą.
4. Nitratai, azoto rūgšties druskos HNO 3. Žinomas beveik visiems metalams; yra bevandenių druskų M (NO 3) pavidalu n (n- metalo oksidacijos laipsnis M) ir kristalinių hidratų pavidalu M (NO 3) n x H 2 O ( X= 1-9). Iš vandeninių tirpalų, kurių temperatūra artima kambario temperatūrai, bevandeniai kristalizuojasi tik šarminių metalų nitratai, likusieji – kristalinių hidratų pavidalu. To paties metalo bevandenio ir hidratuoto nitrato fizikinės ir cheminės savybės gali labai skirtis.
D-elemento nitratų bevandeniai kristaliniai junginiai yra spalvoti. Tradiciškai nitratai gali būti skirstomi į junginius, kuriuose vyrauja kovalentinis ryšys (Be, Cr, Zn, Fe ir kitų pereinamųjų metalų druskos) ir daugiausia joninio tipo (šarminių ir šarminių žemių metalų druskos). Joniniams nitratams būdingas didesnis terminis stabilumas, didesnės simetrijos (kubinės) kristalų struktūrų vyravimas ir nitratų jonų juostų skilimo nebuvimas IR spektruose. Kovalentiniai nitratai turi didesnį tirpumą organiniuose tirpikliuose, mažesnį terminį stabilumą, jų IR spektrai sudėtingesni; kai kurie kovalentiniai nitratai yra lakūs kambario temperatūroje, o ištirpę vandenyje iš dalies suyra, išsiskiriant azoto oksidams.
Visi bevandeniai nitratai pasižymi stipriomis oksidacinėmis savybėmis dėl NO 3 - jono, o jų oksidacinis gebėjimas padidėja pereinant nuo joninių prie kovalentinių nitratų. Pastarieji suyra 100-300°C ribose, joniniai - 400-600°C (NaNO 3, KNO 3 ir kai kurie kiti kaitinant tirpsta). Skilimo produktai kietoje ir skystoje fazėje. paeiliui yra nitritai, oksonitratai ir oksidai, kartais - laisvieji metalai (kai oksidas nestabilus, pvz., Ag 2 O), o dujinėje fazėje - NO, NO 2, O 2 ir N 2. Skilimo produktų sudėtis priklauso nuo metalo pobūdžio ir jo oksidacijos laipsnio, kaitinimo greičio, temperatūros, dujinės terpės sudėties ir kitų sąlygų. NH 4 NO 3 detonuoja, o greitai kaitinant gali sprogti, tokiu atveju susidaro N 2 , O 2 ir H 2 O; lėtai kaitinant suyra į N 2 O ir H 2 O.
Laisvasis NO 3 - jonas dujų fazėje turi lygiakraštį trikampį, kurio centre yra N atomas, ONO kampai ~ 120°, o N-O jungties ilgis 0,121 nm, geometrinę struktūrą. Kristaliniuose ir dujiniuose nitratuose NO 3 jonas – iš esmės išlaiko savo formą ir dydį, o tai lemia nitratų erdvę ir struktūrą. Jonas NO 3 – gali veikti kaip mono-, dvišakis, trišakis arba tiltinis ligandas, todėl nitratams būdinga daug įvairių kristalų struktūrų tipų.
Pereinamieji metalai esant dideliam oksidacijos laipsniui dėl steriškumo. sunkumų negali susidaryti bevandenių nitratų, o jiems būdingi oksonitratai, pvz., UO 2 (NO 3) 2, NbO (NO 3) 3. Nitratai sudaro daug dvigubų ir kompleksinių druskų su NO 3 jonu – vidinėje sferoje. Vandeninėje terpėje dėl hidrolizės pereinamųjų metalų katijonai sudaro įvairios sudėties hidroksonitratus (bazinius nitratus), kuriuos taip pat galima išskirti kietą būseną.
Hidratuoti nitratai nuo bevandenių skiriasi tuo, kad savo kristalinėse struktūrose metalo jonas dažniausiai yra susijęs su vandens molekulėmis, o ne su NO 3 jonu. Todėl jie geriau nei bevandeniai nitratai tirpsta vandenyje, bet blogiau - organiniuose tirpikliuose, silpnesni oksidatoriai nelygiai tirpsta kristalizacijos vandenyje 25-100°C temperatūroje. Kaitinant hidratuotus nitratus, bevandeniai nitratai paprastai nesusidaro, tačiau vyksta termolizė, susidarant hidroksonitratams, o vėliau oksonitratams ir metalų oksidams.
Daugeliu savo cheminių savybių nitratai yra panašūs į kitas neorganines druskas. Nitratams būdingos savybės yra dėl jų labai didelio tirpumo vandenyje, mažo terminio stabilumo ir gebėjimo oksiduoti organinius ir neorganinius junginius. Redukuojant nitratus, susidaro azoto turinčių produktų NO 2, NO, N 2 O, N 2 arba NH 3 mišinys, kuriame vyrauja vienas iš jų, priklausomai nuo redukuojančio agento rūšies, temperatūros, terpės reakcijos. , ir kiti veiksniai.
Pramoniniai nitratų gamybos metodai yra pagrįsti NH 3 absorbcija HNO 3 tirpalais (NH 4 NO 3) arba azoto dujų (NO + NO 2) absorbcija šarmų ar karbonatų tirpalais (šarminių metalų nitratams, Ca, Mg , Ba), taip pat įvairiose metalų druskų mainų reakcijose su HNO 3 arba šarminių metalų nitratais. Laboratorijoje bevandeniams nitratams gauti naudojamos pereinamųjų metalų ar jų junginių reakcijos su skystu N 2 O 4 ir jo mišiniais su organiniais tirpikliais arba reakcijos su N 2 O 5.
Nitratai Na, K (natrio ir kalio nitratas) randami natūralių nuosėdų pavidalu.
Nitratai naudojami daugelyje pramonės šakų. Amonio nitritas (amonio nitratas) – pagrindinė azoto turinti trąša; šarminių metalų nitratai ir Ca taip pat naudojami kaip trąšos. Nitratai - raketų degalų komponentai, pirotechnikos kompozicijos, marinavimo tirpalai audiniams dažyti; jie naudojami metalų grūdinimui, maisto konservavimui, kaip vaistai, metalų oksidų gamybai.
Nitratai yra toksiški. Jie sukelia plaučių edemą, kosulį, vėmimą, ūminį širdies ir kraujagyslių sistemos nepakankamumą ir kt. Mirtina nitratų dozė žmogui yra 8-15 g, leistina paros norma – 5 mg/kg. Na, K, Ca, NH3 nitratų sumai MPC: vandenyje 45 mg/l", dirvožemyje 130 mg/kg (3 pavojingumo klasė); daržovėse ir vaisiuose (mg/kg) - bulvėse 250, vėlyvuose baltagūžiuose kopūstuose 500, vėlyvos morkos 250, burokėliai 1400, svogūnai 80, cukinijos 400, melionai 90, arbūzai, vynuogės, obuoliai, kriaušės 60. Nesilaikant agrotechninių rekomendacijų, per daug tręšiant smarkiai padidėja žemės ūkio produktų paviršinis nitratų kiekis. ( 40-5500 mg/l), gruntinis vanduo.
5. Nitritai, azoto rūgšties druskos HNO 2. Pirmiausia naudojami šarminių metalų ir amonio nitritai, mažiau šarminių žemių ir Z. d- metalai, Pb ir Ag. Apie kitų metalų nitritus yra tik fragmentiškos informacijos.
Metalų nitritai, esantys +2 oksidacijos būsenoje, sudaro kristalinius hidratus su viena, dviem ar keturiomis vandens molekulėmis. Pavyzdžiui, nitritai sudaro dvigubas ir trigubas druskas. CsNO 2 AgNO 2 arba Ba (NO 2) 2 Ni (NO 2) 2 2KNO 2, taip pat sudėtingi junginiai, tokie kaip Na 3.
Kristalinės struktūros žinomos tik dėl kelių bevandenių nitritų. NO 2 anijonas yra netiesinės konfigūracijos; ONO kampas 115°, H-O jungties ilgis 0,115 nm; jungties tipas M-NO 2 yra joninis-kovalentinis.
K, Na, Ba nitritai gerai tirpsta vandenyje, Ag, Hg, Cu nitritai blogai tirpsta. Kylant temperatūrai, nitritų tirpumas didėja. Beveik visi nitritai blogai tirpsta alkoholiuose, eteriuose ir mažo poliškumo tirpikliuose.
Nitritai yra termiškai nestabilūs; lydosi be skaidymosi tik šarminių metalų nitritai, kitų metalų nitritai suyra 25-300 °C temperatūroje. Nitritų skilimo mechanizmas yra sudėtingas ir apima keletą lygiagrečių nuoseklių reakcijų. Pagrindiniai dujinio skilimo produktai yra NO, NO 2, N 2 ir O 2, kietieji – metalo oksidas arba elementinis metalas. Išsiskyrus dideliam dujų kiekiui, sprogstamai suyra kai kurie nitritai, pavyzdžiui, NH 4 NO 2, kuris skyla į N 2 ir H 2 O.
Būdingos nitritų savybės yra susijusios su jų terminiu nestabilumu ir nitrito jonų gebėjimu būti ir oksidatoriumi, ir reduktoriumi, priklausomai nuo terpės ir reagentų pobūdžio. Neutralioje aplinkoje nitritai dažniausiai redukuojami iki NO, rūgštinėje – oksiduojami iki nitratų. Deguonis ir CO 2 nesąveikauja su kietaisiais nitritais ir jų vandeniniais tirpalais. Nitritai prisideda prie azoto turinčių organinių medžiagų, ypač aminų, amidų ir kt., skaidymo. Su organiniais halogenidais RXH. reaguoja ir susidaro RONO nitritai ir RNO 2 nitro junginiai.
Pramoninė nitritų gamyba grindžiama azoto dujų (NO + NO 2 mišinio) absorbcija su Na 2 CO 3 arba NaOH tirpalais su nuosekliu NaNO 2 kristalizavimu; kitų metalų nitritai pramonėje ir laboratorijose gaunami keičiant metalų druskas su NaNO 2 arba redukuojant šių metalų nitratus.
Nitritai naudojami azodažų sintezei, kaprolaktamo gamyboje, kaip oksidatoriai ir reduktoriai gumos, tekstilės ir metalo apdirbimo pramonėje, kaip maisto konservantai. Nitritai, tokie kaip NaNO 2 ir KNO 2, yra toksiški, sukelia galvos skausmą, vėmimą, kvėpavimo slopinimą ir kt. Apsinuodijus NaNO 2, kraujyje susidaro methemoglobinas, pažeidžiamos eritrocitų membranos. Galbūt nitrozaminų susidarymas iš NaNO 2 ir aminų tiesiai virškinamajame trakte.
6. Sulfatai, sieros rūgšties druskos. Vidutiniai sulfatai su anijonu SO 4 2- yra žinomi, rūgštiniai arba hidrosulfatai, kurių anijonas HSO 4 - yra bazinis, kartu su anijonu turinčios SO 4 2- - OH grupes, pavyzdžiui, Zn 2 (OH) 2 SO 4 . Taip pat yra dvigubų sulfatų, kurie apima du skirtingus katijonus. Tai apima dvi dideles sulfatų grupes - alūnas , taip pat chenitai M 2 E (SO 4) 2 6H 2 O , kur M yra vieno krūvio katijonas, E yra Mg, Zn ir kiti dvigubai įkrauti katijonai. Žinomas trigubas sulfatas K 2 SO 4 MgSO 4 2CaSO 4 2H 2 O (mineralinis poligalitas), dvigubi baziniai sulfatai, pavyzdžiui, alunito ir jarozito grupių mineralai M 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH 3 ir M 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 4Fe (OH) 3, kur M yra vieno krūvio katijonas. Sulfatai gali būti mišrių druskų dalis, pavyzdžiui, 2Na 2 SO 4 Na 2 CO 3 (mineralinis berkites), MgSO 4 KCl 3H 2 O (kainitas) .
Sulfatai yra kristalinės medžiagos, vidutinės ir rūgštinės, dažniausiai gerai tirpsta vandenyje. Mažai tirpūs kalcio, stroncio, švino ir kai kurių kitų sulfatai, praktiškai netirpūs BaSO 4, RaSO 4. Baziniai sulfatai paprastai yra sunkiai tirpūs arba praktiškai netirpūs arba hidrolizuojami vandenyje. Sulfatai gali kristalizuotis iš vandeninių tirpalų kristalinių hidratų pavidalu. Kai kurių sunkiųjų metalų kristaliniai hidratai vadinami vitrioliu; vario sulfatas СuSO 4 5H 2 O, geležies sulfatas FeSO 4 7H 2 O.
Vidutiniai šarminių metalų sulfatai yra termiškai stabilūs, o rūgštiniai sulfatai kaitinant suyra ir virsta pirosulfatais: 2KHSO 4 \u003d H 2 O + K 2 S 2 O 7. Vidutiniai kitų metalų sulfatai, taip pat baziniai sulfatai, kaitinant iki pakankamai aukštos temperatūros, paprastai suyra, susidarant metalų oksidams ir išsiskiriant SO 3 .
Sulfatai yra plačiai paplitę gamtoje. Jie randami mineralų pavidalu, pavyzdžiui, gipso CaSO 4 H 2 O, mirabilito Na 2 SO 4 10H 2 O, taip pat yra jūros ir upių vandens dalis.
Daug sulfatų galima gauti H 2 SO 4 sąveikaujant su metalais, jų oksidais ir hidroksidais, taip pat skaidant lakiųjų rūgščių druskas su sieros rūgštimi.
Neorganiniai sulfatai yra plačiai naudojami. Pavyzdžiui, amonio sulfatas yra azoto trąšos, natrio sulfatas naudojamas stiklo, popieriaus pramonėje, viskozės gamyboje ir kt.. Natūralūs sulfatiniai mineralai – tai žaliava pramoninei įvairių metalų junginių, statybinių medžiagų ir kt.
7.sulfitai, sieros rūgšties druskos H2SO3 . Yra vidutiniai sulfitai su anijonu SO 3 2- ir rūgštiniai (hidrosulfitai) su anijonu HSO 3 - . Vidutiniai sulfitai yra kristalinės medžiagos. Amonio ir šarminių metalų sulfitai labai gerai tirpsta vandenyje; tirpumas (g 100 g): (NH 4) 2 SO 3 40,0 (13 °C), K 2 SO 3 106,7 (20 °C). Vandeniniuose tirpaluose jie sudaro hidrosulfitus. Šarminių žemių ir kai kurių kitų metalų sulfitai praktiškai netirpsta vandenyje; MgSO 3 tirpumas 1 g 100 g (40°C). Žinomi kristaliniai hidratai (NH 4) 2 SO 3 H 2 O, Na 2 SO 3 7H 2 O, K 2 SO 3 2H 2 O, MgSO 3 6H 2 O ir kt.
Bevandeniai sulfitai, kaitinant be oro prieigos sandariuose induose, neproporcingai virsta sulfidais ir sulfatais, kaitinant N 2 sraute praranda SO 2, o kaitinant ore lengvai oksiduojasi iki sulfatų. Vandens aplinkoje esant SO 2, vidutiniai sulfitai sudaro hidrosulfitus. Sulfitai yra santykinai stiprūs reduktoriai, jie oksiduojami tirpaluose su chloru, bromu, H 2 O 2 ir kt. iki sulfatų. Jas skaido stiprios rūgštys (pavyzdžiui, HC1), išskirdamos SO 2.
Kristaliniai hidrosulfitai yra žinomi dėl K, Rb, Cs, NH 4 +, jie yra nestabilūs. Kiti hidrosulfitai egzistuoja tik vandeniniuose tirpaluose. Tankis NH 4 HSO 3 2,03 g/cm 3; tirpumas vandenyje (g/100 g): NH 4 HSO 3 71,8 (0 °C), KHSO 3 49 (20 °C).
Kaitinant kristalinius hidrosulfitus Na arba K arba kai masės M 2 SO 3 suspensijos tirpalas yra prisotintas SO 2, susidaro pirosulfitai (pasenę - metabisulfitai) M 2 S 2 O 5 - pirosierinės rūgšties druskos, nežinomos laisvoje aplinkoje. būsena H 2 S 2 O 5; kristalai, nestabilūs; tankis (g / cm 3): Na 2 S 2 O 5 1,48, K 2 S 2 O 5 2,34; virš ~ 160 °С jie suyra, išsiskiriant SO 2; ištirpsta vandenyje (skilimo iki HSO 3 -), tirpumas (g/100 g): Na 2 S 2 O 5 64,4, K 2 S 2 O 5 44,7; sudaro hidratus Na2S2O57H2O ir ZK2S2O52H2O; reduktorius.
Vidutiniai šarminių metalų sulfitai gaunami reaguojant vandeniniam M 2 CO 3 (arba MOH) tirpalui su SO 2, o MSO 3 leidžiant SO 2 per vandeninę MCO 3 suspensiją; daugiausia SO 2 naudojamas iš kontaktinės sieros rūgšties gamybos išmetamųjų dujų. Sulfitai naudojami balinant, dažant ir marginant audinius, pluoštus, odą grūdams konservuoti, žaliuosius pašarus, pramonines pašarų atliekas (NaHSO 3,
Na 2 S 2 O 5). CaSO 3 ir Ca(HSO 3) 2 – dezinfekcijos priemonės vyno gamybos ir cukraus pramonėje. NaНSO 3 , MgSO 3 , NH 4 НSO 3 - sulfitinio skysčio komponentai celiuliozės metu; (NH 4) 2 SO 3 - SO 2 absorberis; NaHSO 3 yra H 2 S absorberis iš gamybos išmetamųjų dujų, reduktorius gaminant sieros dažus. K 2 S 2 O 5 - rūgščių fiksatorių komponentas fotografijoje, antioksidantas, antiseptikas.
Mišinio atskyrimo būdai
Filtravimas, nehomogeninių sistemų atskyrimas skystos – kietosios dalelės (suspensijos) ir dujos – kietosios dalelės, naudojant porėtas filtrų pertvaras (FP), kurios praleidžia skystį ar dujas, tačiau išlaiko kietąsias daleles. Proceso varomoji jėga yra slėgio skirtumas abiejose FP pusėse.
Atskirdami suspensijas, kietos dalelės ant FP dažniausiai suformuoja šlapių nuosėdų sluoksnį, kuris, esant reikalui, nuplaunamas vandeniu ar kitu skysčiu, o taip pat nusausinamas per jį pučiant orą ar kitas dujas. Filtravimas atliekamas esant pastoviam slėgio skirtumui arba pastoviu proceso greičiu w(filtrato kiekis m 3, praeinantis per 1 m 2 FP paviršiaus per laiko vienetą). Esant pastoviam slėgio skirtumui, suspensija tiekiama į filtrą esant vakuumui arba viršslėgiui, taip pat stūmokliniu siurbliu; naudojant išcentrinį siurblį slėgio skirtumas didėja ir proceso greitis mažėja.
Priklausomai nuo suspensijų koncentracijos, išskiriami keli filtravimo tipai. Esant didesnei nei 1% koncentracijai, filtravimas vyksta susidarant nuosėdoms, o kai koncentracija mažesnė nei 0,1%, kai užsikemša FP poros (skysčių skaidrumas). Jei ant FP nesusidaro pakankamai tankus nuosėdų sluoksnis ir į filtratą patenka kietų dalelių, jis filtruojamas naudojant smulkiai dispersines pagalbines medžiagas (diatomitą, perlitą), kurios prieš tai uždedamos ant FP arba dedamos į suspensiją. Kai pradinė koncentracija mažesnė nei 10%, galimas dalinis suspensijų atsiskyrimas ir sutirštėjimas.
Skiriami nuolatiniai ir pertraukiamieji filtrai. Pastariesiems pagrindiniai darbo etapai yra filtravimas, nuosėdų plovimas, jų dehidratacija ir iškrovimas. Tuo pačiu optimizavimas taikomas pagal didžiausio našumo ir mažiausių sąnaudų kriterijus. Jei plovimas ir dehidratacija neatliekami, o pertvaros hidraulinis pasipriešinimas gali būti nepaisomas, tada didžiausias produktyvumas pasiekiamas, kai filtravimo laikas yra lygus pagalbinių operacijų trukmei.
Taikomas lankstus FP iš medvilnės, vilnos, sintetinių ir stiklo audinių, taip pat neaustinis FP iš natūralaus ir sintetinio pluošto bei nelankstus – keramikos, kermeto ir putplasčio. Filtrato judėjimo ir gravitacijos veikimo kryptys gali būti priešingos, sutapti arba būti viena kitai statmenos.
Filtrų dizainas yra įvairus. Vienas iš labiausiai paplitusių yra besisukantis būgninis vakuuminis filtras. (cm. Pav.) nuolatinio veikimo, kuriame filtrato judėjimo kryptys ir gravitacijos veikimas yra priešingi. Skirstomoji sekcija jungia I ir II zonas su vakuuminiu šaltiniu, o III ir IV zonas su suslėgto oro šaltiniu. Filtratas ir plovimo skystis iš I ir II zonų patenka į atskirus imtuvus. Taip pat plačiai paplito automatizuotas pertraukiamasis filtrų presas su horizontaliomis kameromis, filtravimo audinys begalinio diržo pavidalu ir elastingomis membranomis dumblo nusausinimui presuojant. Jame atliekamos kintamos kamerų užpildymo suspensija, nuosėdų filtravimo, plovimo ir dehidratavimo, gretimų kamerų atskyrimo ir nuosėdų pašalinimo operacijos.
Vanduo yra vienas iš pagrindinių cheminių junginių mūsų planetoje. Viena įdomiausių jo savybių yra galimybė sudaryti vandeninius tirpalus. Ir daugelyje mokslo ir technologijų sričių druskos tirpumas vandenyje vaidina svarbų vaidmenį.
Tirpumas suprantamas kaip įvairių medžiagų gebėjimas sudaryti vienalyčius (homogeniškus) mišinius su skysčiais – tirpikliais. Būtent medžiagos tūris, sunaudojamas ištirpinant ir suformuojant sočiąjį tirpalą, lemia jos tirpumą, palyginamą su šios medžiagos masės dalimi arba jos kiekiu koncentruotame tirpale.
Pagal savo gebėjimą tirpti druskos skirstomos į:
- tirpioms medžiagoms priskiriamos medžiagos, kurių 100 g vandens galima ištirpinti daugiau nei 10 g;
- mažai tirpūs yra tie, kurių kiekis tirpiklyje neviršija 1 g;
- netirpiųjų koncentracija 100 g vandens mažesnė nei 0,01.
Tuo atveju, kai tirpinimui naudojamos medžiagos poliškumas yra panašus į tirpiklio poliškumą, ji yra tirpi. Esant skirtingam poliškumui, greičiausiai medžiagos praskiesti neįmanoma.
Kaip vyksta tirpimas
Jei kalbame apie tai, ar druska ištirpsta vandenyje, tai daugeliui druskų yra teisingas teiginys. Yra speciali lentelė, pagal kurią galite tiksliai nustatyti tirpumo kiekį. Kadangi vanduo yra universalus tirpiklis, jis gerai maišosi su kitais skysčiais, dujomis, rūgštimis ir druskomis.
Vieną ryškiausių kietosios medžiagos tirpimo vandenyje pavyzdžių galima stebėti kone kasdien virtuvėje, gaminant patiekalus iš valgomosios druskos. Taigi kodėl druska ištirpsta vandenyje?
Iš mokyklos chemijos kurso daugelis prisimena, kad vandens ir druskos molekulės yra polinės. Tai reiškia, kad jų elektros poliai yra priešingi, todėl susidaro didelė dielektrinė konstanta. Vandens molekulės supa kitos medžiagos jonus, pavyzdžiui, kaip mūsų atveju, NaCl. Tokiu atveju susidaro skystis, kurio konsistencija yra vienalytė.
Temperatūros efektas
Yra keletas veiksnių, turinčių įtakos druskų tirpumui. Visų pirma, tai yra tirpiklio temperatūra. Kuo jis didesnis, tuo didesnė dalelių difuzijos koeficiento reikšmė skystyje, o masės perdavimas vyksta greičiau.
Nors, pavyzdžiui, paprastosios druskos (NaCl) tirpumas vandenyje praktiškai nepriklauso nuo temperatūros, nes jos tirpumo koeficientas yra 35,8 t 20 ° C temperatūroje ir 38,0 78 ° C temperatūroje. Tačiau vario sulfatas (CaSO4) su didėjančia vandens temperatūra prasčiau tirpsta.
Kiti veiksniai, turintys įtakos tirpumui, yra šie:
- Ištirpusių dalelių dydis - esant didesniam fazių atskyrimo plotui, tirpimas vyksta greičiau.
- Maišymo procesas, kuris intensyviai atliekamas prisideda prie efektyvesnio masės perdavimo.
- Priemaišų buvimas: vieni pagreitina tirpimo procesą, o kiti, trukdydami difuzijai, sumažina proceso greitį.
Vaizdo įrašas apie druskos tirpimo mechanizmą
Kasdieniame gyvenime žmonės retai susiduria su dauguma daiktų yra medžiagų mišiniai.
Tirpalas yra toks, kuriame komponentai yra tolygiai sumaišyti. Pagal dalelių dydį yra keletas tipų: stambios sistemos, molekuliniai tirpalai ir koloidinės sistemos, kurios dažnai vadinamos zoliais. Šiame straipsnyje mes kalbame apie molekulinę (arba medžiagų tirpumą vandenyje - vieną iš pagrindinių sąlygų, turinčių įtakos junginių susidarymui.
Medžiagų tirpumas: kas tai yra ir kodėl to reikia
Norėdami suprasti šią temą, turite žinoti medžiagų tirpumą. Paprastais žodžiais tariant, tai yra medžiagos gebėjimas jungtis su kita ir sudaryti vienalytį mišinį. Moksliniu požiūriu galima apsvarstyti sudėtingesnį apibrėžimą. Medžiagų tirpumas – tai jų gebėjimas sudaryti vienalytes (arba nevienalytes) kompozicijas su viena ar keliomis medžiagomis, kurių komponentai pasiskirstę pasklidę. Yra keletas medžiagų ir junginių klasių:
- tirpus;
- mažai tirpus;
- netirpios.
Koks yra medžiagos tirpumo matas
Medžiagos kiekis sočiame mišinyje yra jos tirpumo matas. Kaip minėta pirmiau, visoms medžiagoms jis skiriasi. Tirpieji yra tie, kurie gali praskiesti daugiau nei 10 g 100 g vandens. Antroji kategorija tomis pačiomis sąlygomis yra mažesnė nei 1 g. Praktiškai netirpūs yra tie, kurių mišinyje prasiskverbia mažiau nei 0,01 g komponento. Šiuo atveju medžiaga negali perkelti savo molekulių į vandenį.
Koks yra tirpumo koeficientas
Tirpumo koeficientas (k) yra didžiausios medžiagos masės (g), kurią galima ištirpinti 100 g vandens ar kitos medžiagos, rodiklis.
Tirpikliai
Šis procesas apima tirpiklį ir tirpią medžiagą. Pirmasis skiriasi tuo, kad iš pradžių jis yra toje pačioje agregacijos būsenoje kaip ir galutinis mišinys. Paprastai jis imamas didesniais kiekiais.
Tačiau daugelis žmonių žino, kad vanduo chemijoje užima ypatingą vietą. Tam yra atskiros taisyklės. Tirpalas, kuriame yra H 2 O, vadinamas vandeniniu tirpalu. Kalbant apie juos, skystis yra ekstraktorius net ir tada, kai jo yra mažesnis kiekis. Pavyzdžiui, 80% azoto rūgšties tirpalas vandenyje. Proporcijos čia nelygios.Nors vandens dalis mažesnė nei rūgščių, neteisinga vadinti medžiagą 20% vandens tirpalu azoto rūgštyje.
Yra mišinių, kuriuose nėra H 2 O. Jie bus vadinami nevandeniniais. Tokie elektrolitų tirpalai yra joniniai laidininkai. Juose yra pavienių ekstraktorių arba jų mišiniai. Jie sudaryti iš jonų ir molekulių. Jie naudojami tokiose pramonės šakose kaip medicina, buitinės chemijos gamyba, kosmetika ir kitose srityse. Juose gali būti sujungtos kelios norimos skirtingo tirpumo medžiagos. Daugelio išoriškai naudojamų produktų komponentai yra hidrofobiniai. Kitaip tariant, jie blogai sąveikauja su vandeniu. Šiuose jie gali būti nepastovūs, nepastovūs ir kombinuoti. Organinės medžiagos pirmuoju atveju gerai tirpdo riebalus. Lakiosios medžiagos yra alkoholiai, angliavandeniliai, aldehidai ir kt. Jie dažnai įtraukiami į buitinę chemiją. Nelakūs dažniausiai naudojami tepalų gamybai. Tai riebūs aliejai, skystas parafinas, glicerinas ir kt. Kombinuotas yra lakiųjų ir nelakių mišinių, pavyzdžiui, etanolis su glicerinu, glicerinas su dimeksidu. Juose taip pat gali būti vandens.
Tirpalų tipai pagal soties laipsnį
Sotusis tirpalas yra cheminių medžiagų mišinys, kurio tirpiklyje esant tam tikrai temperatūrai yra didžiausia vienos medžiagos koncentracija. Toliau nebeveis. Ruošiant kietą medžiagą, pastebimi krituliai, kurie yra dinaminėje pusiausvyroje su ja. Ši sąvoka reiškia būseną, kuri išlieka laike dėl jos tekėjimo vienu metu dviem priešingomis kryptimis (reakcijomis pirmyn ir atgal) tuo pačiu greičiu.
Jei medžiaga vis tiek gali suirti esant pastoviai temperatūrai, tai šis tirpalas yra nesotus. Jie yra stabilūs. Bet jei ir toliau į juos dėsite medžiagos, ji bus skiedžiama vandeniu (ar kitu skysčiu), kol pasieks maksimalią koncentraciją.
Kitas tipas yra persotintas. Jame yra daugiau tirpių medžiagų, nei gali būti esant pastoviai temperatūrai. Dėl to, kad jie yra nestabilios pusiausvyros, kristalizacija įvyksta, kai jie yra fiziškai paveikti.
Kaip atskirti prisotintą tirpalą nuo nesočiojo?
Tai padaryti pakankamai lengva. Jei medžiaga yra kieta, tada sočiame tirpale galima pamatyti nuosėdų. Tokiu atveju ekstrahuojantis tirpalas gali sutirštėti, pavyzdžiui, prisotintas vanduo, į kurį buvo pridėta cukraus.
Bet jei pakeisite sąlygas, padidinsite temperatūrą, tada ji nebebus laikoma prisotinta, nes aukštesnėje temperatūroje didžiausia šios medžiagos koncentracija skirsis.
Sprendimų komponentų sąveikos teorijos
Yra trys teorijos apie elementų sąveiką mišinyje: fizinė, cheminė ir šiuolaikinė. Pirmosios autoriai – Svante Augustas Arrhenius ir Wilhelmas Friedrichas Ostwaldas. Jie manė, kad dėl difuzijos tirpiklio ir tirpios medžiagos dalelės tolygiai pasiskirstė visame mišinio tūryje, tačiau tarp jų nebuvo jokios sąveikos. Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo pateikta cheminė teorija yra priešinga. Pagal ją dėl cheminės sąveikos tarp jų susidaro nestabilūs pastovios arba kintamos sudėties junginiai, kurie vadinami solvatais.
Šiuo metu naudojama vieninga Vladimiro Aleksandrovičiaus Kistjakovskio ir Ivano Aleksejevičiaus Kablukovo teorija. Jis sujungia fizinį ir cheminį. Šiuolaikinė teorija teigia, kad tirpale yra ir nesąveikaujančių medžiagų dalelių, ir jų sąveikos produktų – solvatų, kurių egzistavimą įrodė Mendelejevas. Tuo atveju, kai ekstraktorius yra vanduo, jie vadinami hidratais. Reiškinys, kurio metu susidaro solvatai (hidratai), vadinamas solvatacija (hidratacija). Jis veikia visus fizinius ir cheminius procesus ir keičia mišinio molekulių savybes. Solvatacija įvyksta dėl to, kad tirpiosios medžiagos molekulę supa solvatacijos apvalkalas, susidedantis iš su juo glaudžiai susijusių ekstraktanto molekulių.
Veiksniai, turintys įtakos medžiagų tirpumui
Cheminė medžiagų sudėtis. Taisyklė „panašus traukia panašų“ galioja ir reagentams. Medžiagos, kurių fizinės ir cheminės savybės yra panašios, gali greičiau ištirpti. Pavyzdžiui, nepoliniai junginiai gerai sąveikauja su nepoliniais. Medžiagos, turinčios polines molekules arba joninę struktūrą, skiedžiamos polinėmis, pavyzdžiui, vandenyje. Druskos, šarmai ir kiti komponentai jame skyla, o nepoliniai veikia priešingai. Galima pateikti paprastą pavyzdį. Norint paruošti prisotintą cukraus tirpalą vandenyje, reikia didesnio medžiagos kiekio nei druskos atveju. Ką tai reiškia? Paprasčiau tariant, vandenyje galite atskiesti daug daugiau cukraus nei druskos.
Temperatūra. Norint padidinti kietųjų medžiagų tirpumą skysčiuose, reikia padidinti ekstrahento temperatūrą (veikia daugeliu atvejų). Galima parodyti pavyzdį. Jei į šaltą vandenį įbersite žiupsnelį natrio chlorido (druskos), šis procesas užtruks ilgai. Jei tą patį padarysite su karšta terpe, tada tirpimas bus daug greitesnis. Tai paaiškinama tuo, kad kylant temperatūrai didėja kinetinė energija, kurios didelė dalis dažnai išleidžiama ryšiams tarp kietos medžiagos molekulių ir jonų naikinti. Tačiau pakilus temperatūrai ličio, magnio, aliuminio ir šarmų druskų tirpumas mažėja.
Slėgis.Šis veiksnys veikia tik dujas. Jų tirpumas didėja didėjant slėgiui. Juk sumažėja dujų tūris.
Tirpimo greičio keitimas
Nepainiokite šio rodiklio su tirpumu. Juk skirtingi veiksniai turi įtakos šių dviejų rodiklių pokyčiui.
Tirpintos medžiagos suskaidymo laipsnis.Šis veiksnys turi įtakos kietųjų medžiagų tirpumui skysčiuose. Visoje (gluminėje) būsenoje kompozicija skiedžiama ilgiau nei ta, kuri suskaidoma į mažus gabalėlius. Paimkime pavyzdį. Kietas druskos blokas ištirps vandenyje daug ilgiau nei druska smėlio pavidalu.
Maišymo greitis. Kaip žinoma, šį procesą galima katalizuoti maišant. Svarbus ir jo greitis, nes kuo jis greitesnis, tuo greičiau medžiaga ištirps skystyje.
Kodėl svarbu žinoti kietųjų medžiagų tirpumą vandenyje?
Visų pirma, tokios schemos reikalingos norint teisingai išspręsti chemines lygtis. Tirpumo lentelėje yra visų medžiagų krūviai. Juos reikia žinoti, kad būtų galima teisingai įrašyti reagentus ir sudaryti cheminės reakcijos lygtį. Tirpumas vandenyje rodo, ar druska ar bazė gali disocijuoti. Vandeniniai junginiai, kurie praleidžia srovę, turi stiprių elektrolitų. Yra ir kitas tipas. Tie, kurie blogai praleidžia srovę, laikomi silpnais elektrolitais. Pirmuoju atveju komponentai yra medžiagos, kurios yra visiškai jonizuotos vandenyje. Tuo tarpu silpni elektrolitai šį rodiklį rodo tik nežymiai.
Cheminių reakcijų lygtys
Yra keletas lygčių tipų: molekulinė, pilnoji joninė ir trumpoji joninė. Tiesą sakant, paskutinis variantas yra sutrumpinta molekulinės formos. Tai yra galutinis atsakymas. Visoje lygtyje yra reagentai ir reakcijos produktai. Dabar ateina medžiagų tirpumo lentelės eilė. Pirmiausia turite patikrinti, ar reakcija yra įmanoma, tai yra, ar tenkinama viena iš reakcijos sąlygų. Jų yra tik 3: vandens susidarymas, dujų išsiskyrimas, krituliai. Jei netenkinamos pirmosios dvi sąlygos, reikia patikrinti paskutinę. Norėdami tai padaryti, turite pažvelgti į tirpumo lentelę ir išsiaiškinti, ar reakcijos produktuose nėra netirpios druskos ar bazės. Jei taip, tai bus nuosėdos. Be to, lentelėje reikės parašyti joninę lygtį. Kadangi visos tirpios druskos ir bazės yra stiprūs elektrolitai, jos suskaidys į katijonus ir anijonus. Be to, nesurišti jonai redukuojami, o lygtis parašyta trumpa forma. Pavyzdys:
- K 2 SO 4 + BaCl 2 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl,
- 2K + 2SO 4 + Ba + 2Cl \u003d BaSO 4 ↓ + 2K + 2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4 ↓.
Taigi, medžiagų tirpumo lentelė yra viena iš pagrindinių joninių lygčių sprendimo sąlygų.
Išsami lentelė padės sužinoti, kiek komponento reikia paimti, kad paruoštumėte turtingą mišinį.
Tirpumo lentelė
Taip atrodo įprasta nepilna lentelė. Svarbu, kad čia būtų nurodyta vandens temperatūra, nes tai vienas iš faktorių, kuriuos jau minėjome aukščiau.
Kaip naudotis medžiagų tirpumo lentele?
Medžiagų tirpumo vandenyje lentelė yra vienas pagrindinių chemiko padėjėjų. Tai parodo, kaip įvairios medžiagos ir junginiai sąveikauja su vandeniu. Kietųjų medžiagų tirpumas skystyje yra rodiklis, be kurio neįmanoma atlikti daugelio cheminių manipuliacijų.
Stalas labai patogus naudoti. Pirmoje eilutėje rašomi katijonai (teigiamai įkrautos dalelės), antroje – anijonai (neigiamai įkrautos dalelės). Didžiąją lentelės dalį užima tinklelis su tam tikrais simboliais kiekviename langelyje. Tai raidės "P", "M", "H" ir ženklai "-" ir "?".
- "P" - junginys yra ištirpęs;
- "M" - šiek tiek ištirpsta;
- "H" - netirpsta;
- "-" - ryšio nėra;
- "?" - nėra informacijos apie ryšio egzistavimą.
Šioje lentelėje yra viena tuščia langelis – tai vanduo.
Paprastas pavyzdys
Dabar apie tai, kaip dirbti su tokia medžiaga. Tarkime, reikia išsiaiškinti, ar druska tirpsta vandenyje – MgSo 4 (magnio sulfatas). Norėdami tai padaryti, turite rasti Mg 2+ stulpelį ir nusileisti iki SO 4 2 eilutės. Jų sankirtoje yra raidė P, o tai reiškia, kad junginys yra tirpus.
Išvada
Taigi, mes ištyrėme medžiagų tirpumo vandenyje ir ne tik klausimą. Be jokios abejonės, šios žinios pravers toliau studijuojant chemiją. Juk medžiagų tirpumas ten vaidina svarbų vaidmenį. Tai naudinga sprendžiant chemines lygtis ir įvairias problemas.
31. Pusiausvyra sočiųjų mažai tirpių druskų tirpaluose. Mažai tirpios druskos tirpumo apskaičiavimas. Būdai, kaip padidinti mažai tirpių druskų tirpumą.
Veiksniai, turintys įtakos mažai tirpių druskų tirpumui ir pusiausvyros pokyčiui:
1) temperatūra
2) to paties pavadinimo jonas
3) druskos efektas
4) rūgštingumas (pH)
5) hidrolizė
Norėdami pakeisti pusiausvyrą, galite šildyti, pridėti to paties pavadinimo jonų, pridėti gerai tirpios druskos, rūgšties.
Tirpumas apskaičiuojamas remiantis jo Pr (aktyviųjų koncentracijų sandauga prisotintame mažai tirpaus elektrolito tirpale esant pastoviai temperatūrai)
10) Druskų tirpumas vandenyje. Sotieji ir persotintieji tirpalai.
Tirpumas – tai medžiagos koncentracija jos sočiame tirpale esant tam tikroms sąlygoms: temperatūrai ir slėgiui.
Sočiasis tirpalas yra tirpalas, kuriame tam tikromis sąlygomis tirpalo medžiagos koncentracija yra lygiai tokia pati, kaip tirpios medžiagos koncentracija tirpale, kuris tomis pačiomis sąlygomis yra termodinaminėje pusiausvyroje su atskirai tirpia medžiaga.
Persotusis tirpalas yra toks, kuriame medžiagos koncentracija yra didesnė nei sočiojo. medžiagos perteklius lengvai nusėda. Paprastai persotintas tirpalas gaunamas aušinant tirpalą, prisotintą aukštesnėje temperatūroje
Nesočiasis tirpalas yra tirpalas, kurio koncentracija mažesnė nei sočiame tirpale. ir kurioje tam tikromis sąlygomis galima ištirpinti dar šiek tiek jo.
Kaip vyksta tirpimas? Vandens molekulė dėl didelio poliškumo (dėl elektros krūvių atskyrimo) turi elektrinį lauką, galintį pritraukti kitų medžiagų molekules. Esant sąlyčiui su vandeniu, medžiagos kristalinę gardelę sudarančius jonus (1.10 pav.) supa polinės vandens molekulės, kurios aplink nuo kristalinės struktūros atitrūkusius jonus suformuoja hidrato apvalkalą.
Daugelio medžiagų kristalinėje gardelėje yra tam tikras vandens molekulių skaičius, tačiau jų nepakanka, kad medžiaga visiškai ištirptų. Tokios medžiagos vadinamos kristaliniais hidratais. Tai yra soda Na2CO3 x 10H2O, aliuminio sulfatas Al2SO4 x 18H2O ir daugelis kitų. Karbonatai, anglies rūgšties kalcio ir magnio druskos, turi minimalų tirpumą. Valgomoji druska NaCl labai gerai tirpsta, todėl jūros vandenyje jos yra daug.
Kai kurių druskų tirpumas priklauso nuo temperatūros.
11) Mažai tirpūs junginiai. Blogai tirpių junginių tirpumo keitimo būdai.
Kai procesai vyksta tuo pačiu greičiu, sistemoje nusistovi pusiausvyra:
CaCO3 --->Ca(2+) + CO3(2-)
<----
kietas tirpalas
fazė
Tirpumo produktas
Jonų koncentracijų sandauga prisotintame mažai tirpaus elektrolito tirpale yra pastovi tam tikroje temperatūroje.
Jis vadinamas tirpumo produktu ir žymimas simboliu PR.
Mažai tirpios druskos tirpumo apskaičiavimas.
Pavyzdys:
PRCaCO3 = 4,8 * 10 ^ -9 (^ reiškia galią)
Būdai, kaip sumažinti arba padidinti tirpumą.
Temperatūros efektas. Jei medžiagos tirpimas yra egzoterminis procesas, tada didėjant temperatūrai jos tirpumas mažėja (Pavyzdžiui, Ca (OH) 2 vandenyje) ir atvirkščiai. Daugumai druskų būdingas padidėjęs tirpumas kaitinant.
Beveik visos dujos ištirpsta išskirdamos šilumą. Dujų tirpumas skysčiuose mažėja kylant temperatūrai ir didėja mažėjant temperatūrai.
Slėgio įtaka. Didėjant slėgiui, dujų tirpumas skysčiuose didėja, o mažėjant slėgiui – mažėja.
