화학의 침전물은 무엇입니까?

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화학 에서 침전 과정은 용액에서 물질의 용해도가 감소하거나 불용성 화합물이 형성된 후 용액에서 고체가 형성되는 화학 반응 또는 물리적 과정을 의미합니다. 침전 반응을 통해 얻어지는 고체를 “침전물”이라고 합니다 .

침전 조건에 따라 형성된 침전물은 순수한 물질이거나 다른 고체의 혼합물일 수 있습니다. 침전은 폐수 정화와 같은 다른 공정뿐만 아니라 화학의 다양한 영역에서 여러 응용 분야를 가지고 있습니다. 침전물의 형성 과정, 침전물에 영향을 미치는 요인 및 이러한 유형의 고형물의 가장 중요한 용도는 아래에 설명되어 있습니다.

침전 과정

침전물의 형성은 물질의 단일 특성인 용해도에 따라 달라집니다. 물질의 농도가 용매에 대한 용해도보다 낮으면 침전물이 형성되지 않습니다. 침전물 형성 과정은 침전제의 첨가 또는 온도 또는 용매와 같은 조건의 변화로 인해 화합물의 용해도가 용해도 이하로 감소할 때 시작됩니다.

이 시점에서 용액은 과포화 상태에 있으므로 고체는 포화 농도에 도달할 때까지 침전되기 시작하여 용해도 평형을 설정합니다.

처음에는 수천 개의 작은 고체 입자가 형성되고 현탁액에 남아 용액이 흐릿하게 보입니다. 이 과정을 핵형성이라고 합니다. 이 작은 결정은 응집이라는 과정을 통해 성장하고 서로 결합합니다. 이것은 무게가 그들을 바닥으로 끌고 가라앉을 때까지 발생합니다.

화학에서 침전물이란 무엇입니까

그림에서 알 수 있듯이 바닥에 쌓이는 고체가 침전물에 해당하고 위에 남아 있는 용액을 상층액이라고 합니다.

용해도 제품

이온성 화합물 의 경우 용해도 평형은 화합물의 용해 및 해리 반응과 용해도 곱 상수라고 하는 평형 상수에 의해 결정됩니다. 이것은 일반적으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

침전 반응.  침전물의 형성과 용해

이 화학식 에서 a b 각각 양이온 M a+ 와 음이온 Ab- 의 전하 와 Ab- 와 M a+ 의 화학양론적 계수 를 나타냅니다 . K ps는 용해도 곱 상수를 나타냅니다.

용액의 이온 농도를 알면 침전물이 형성될지 여부를 예측할 수 있습니다.

  • 화학양론적 계수로 증가된 용액 내 이온 농도의 곱이 K ps 미만인 경우 용액은 불포화 상태이며 여전히 더 많은 용질의 용액을 허용합니다. 이 경우 침전물이 형성되지 않습니다.
  • 제품이 정확히 K ps 와 같을 때 용액이 포화된 것입니다 . 그것은 더 많은 용질을 허용하지 않지만 시스템이 평형 상태에 있기 때문에 침전물이 형성되지 않습니다.
  • 농도의 곱이 Kps 초과하면 용액이 포화되고 침전물이 형성됩니다.

침전물 형성 기술

위의 내용을 바탕으로 초기 불포화 용액에서 침전물을 형성하는 두 가지 주요 방법이 있음이 분명합니다. 용액이 과포화될 때까지 관련 이온 중 하나 또는 둘 다의 농도가 증가하거나 평형 상수 값이 증가합니다. 반응의. 이는 일반적으로 다음 두 가지 방법으로 수행됩니다.

침전제의 첨가

이 과정은 우리가 형성하고자 하는 침전물의 두 이온 중 하나를 포함하는 화합물을 용액에 첨가하는 것으로 구성됩니다. 이 이온의 농도가 증가함에 따라 용액은 결국 과포화되고 원하는 침전물이 형성되기 시작합니다.

침전 형성을 자극하기 위해 첨가되는 물질을 침전제라고 합니다.

용해도 감소

우리가 침전시키려는 화합물의 용해도를 극복하는 다른 방법은 용해도 곱 상수를 줄이는 것을 의미하는 용해도를 줄이는 것입니다. 이는 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

  • 온도 변경 . 대부분의 용질은 온도가 낮아지면 용해도가 떨어지기 때문에 용액을 냉각하면 침전물이 형성되는 데 도움이 됩니다.
  • 용제 수정 . 이것은 용액을 첫 번째 용매와 섞일 수 있지만 용질이 덜 용해되는 두 번째 용매와 천천히 혼합하는 것으로 구성됩니다. 두 번째 용매(예: 알코올일 수 있음)의 분율이 증가함에 따라 용질의 용해도는 포화 상태에 도달할 때까지 감소합니다. 그 시점 이후에 침전물이 형성됩니다.

침전물의 종류

형성된 고체 입자의 크기와 침강 특성에 따라 세 가지 유형의 침전이 구분됩니다.

결정 침전물

그들은 일반적으로 평평한 면을 가진 규칙적이고 잘 정의된 모양을 가진 고체 입자로 형성된 입자입니다. 그들은 일반적으로 100nm보다 큰 크기를 가지고 있습니다. 이들은 일반적으로 높은 침강 속도로 인해 상청액에서 빠르게 분리됩니다.

싸구려 침전물

이들은 직경이 10~100nm인 입자로 구성됩니다. 대부분의 필터 구멍을 쉽게 통과하기 때문에 여과로 분리할 수 없습니다. 이러한 유형의 침전물은 용액에 흐린 외관을 제공합니다.

젤라틴 침전물

이름에서 알 수 있듯이 이러한 침전물의 모양은 마치 잼인 것처럼 용액에 젤라틴 같은 일관성을 부여합니다. 이는 부유 고체 입자가 매우 작고(직경이 10nm 미만) 젤과 같은 여러 층의 용매 분자로 덮여 있기 때문입니다.

화학적 침전

화학에서 침전물의 사용과 관련된 유사한 용어는 “화학적 침전” 과정입니다. 중복되는 것처럼 보일 수 있지만 이 용어는 실제로 폐수 처리 중에 물에서 불순물을 제거할 목적으로 침전 반응을 사용하는 것을 구체적으로 나타냅니다.

침전물의 이용 : 화학적 침전 및 폐수 처리

화학 침전에서는 침전제, 응집제 및 기타 화학 시약을 대량으로 첨가하여 수은 및 납과 같은 중금속과 기타 중요한 오염 물질을 제거합니다.

화학적 침전은 다음과 같은 4단계로 수행되는 다단계 공정입니다.

  1. 침전제 첨가 및 pH 조정. 이것은 오염 물질의 용해도를 감소시켜 침전되기 시작하는 단계입니다.
  2. 응집. 일반적으로 침전제를 첨가한 후 오염 물질은 침전되지 않고 대신 작은 고체 입자의 현탁액을 형성합니다. 응집은 이러한 작은 입자를 응집시켜 상청액에서 더 쉽게 분리되는 더 큰 입자를 형성하는 과정으로 구성됩니다.
  3. 침강. 플록 또는 충분히 큰 크기의 고체 입자가 형성되면 물을 가라앉히거나 천천히 흐르게 하여 이러한 입자가 바닥에 가라앉도록 하여 상청액에 모든 오염이 없도록 합니다.
  4. 고액 분리. 공정의 마지막 단계는 환경으로 배출되는 정제수에서 침전물이 포함된 진흙을 일반적으로 침전을 통해 분리하는 것으로 구성됩니다.

강수량 및 침전물의 응용

침전은 다양한 목적을 위해 다양한 화학 분야 에서 매우 자주 사용됩니다 . 분석, 유기 및 무기 화학은 모두 침전물의 형성으로부터 어떤 식으로든 이익을 얻습니다. 몇 가지 구체적인 예를 살펴보겠습니다.

분석 화학의 침전물

분석 화학에서 침전물은 정성 및 정량 분석 ​​모두에 사용됩니다.

샘플에서 특정 양이온 및 음이온의 존재를 식별하는 데 사용되는 정성 분석 프로세스는 종종 침전물의 형성과 정확한 식별에 의존합니다.

예를 들어, 다른 색상이 아닌 한 가지 색상의 침전물의 형성은 분석 화학자가 샘플에 어떤 양이온이 있는지 추론하는 데 도움이 됩니다. 때로는 색과 다른 속성을 기반으로 양이온이 어떤 산화 상태 에 있는지 알 수 있습니다 . 이러한 속성은 종종 현저하게 다른 색의 염을 형성하기 때문입니다.

정량 분석 에서 침전물도 똑같이 중요합니다. 중량 분석은 샘플 용액에서 분석 물질의 정량적 침전을 기반으로 합니다. 이 침전물의 질량을 통해 샘플에 존재하는 앞서 언급한 분석물의 양을 매우 정밀하고 정확하게 결정할 수 있습니다.

침전물의 형성이 침전법에서와 같이 적정의 끝점을 표시하는 경우도 있습니다.

유기 화학에서 침전

침전물은 유기 화학에서 그다지 중요하지 않습니다. 유기 합성 공정은 거의 항상 용액에서 수행되며 원하는 생성물이 실온 에서 고체일 때 항상 침전물로 회수됩니다. 또한, 유기 화학에서 고체 정제의 가장 일반적인 형태 중 하나인 재결정화 공정도 침전물의 용해, 정제, 침전 및 후속 여과를 기반으로 합니다.

무기 화학의 침전물

무기 화학의 많은 합성 공정도 침전물의 형성을 기반으로 합니다. 착염으로서의 이온성 화합물 및 기타 배위 화합물의 많은 합성 반응은 적절한 음이온을 사용하여 양이온을 침전시키는 것으로 구성됩니다.

또한 분별 침전 공정은 용액에서 음이온과 양이온을 분리하는 중요한 방법이기도 합니다.

침전물의 예

할로겐화은

은(I) 이온은 모든 할로겐과 매우 불용성인 염을 형성합니다. 이러한 이유로 AgI, AgCl 및 AgBr은 화학 실험실에서 일반적으로 발생하는 침전물의 예입니다.

탄산스트론튬

용액이나 폐수에서 스트론튬을 제거하는 방법 중 하나는 불용성 염인 탄산스트론튬(SrCO 3 ) 형태로 침전시키는 것입니다 .

수산화안티몬

안티몬은 일반적으로 단순히 용액을 알칼리성으로 만듦으로써 수산화물(Sb(OH) 3 ) 로 침전됩니다 . 이것은 침전제로 약간의 용해성 수산화물을 첨가함으로써 달성됩니다.

세슘 테트라페닐보레이트

알칼리 금속은 일반적으로 염의 대부분이 물에 잘 녹는 강한 전해질이기 때문에 침전하기가 매우 어렵습니다. 그러나 세슘은 세슘 테트라페닐보레이트((C 6 H 5 ) 4 BCs)로 침전될 수 있습니다.

황화구리

황화나트륨 또는 황화수소 형태의 황화물 이온은 전이 금속이 많은 알칼리성 매질에서 매우 불용성인 화합물을 형성하기 때문에 널리 사용되는 침전제입니다. 예는 황화구리(II)입니다. 이러한 화합물은 이후 산성 매질에서 용해될 수 있습니다.

참조

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