Czynniki wpływające na reakcję strąceniową

Ciała stałe, które tworzą się podczas reakcji między substancjami chemicznymi w roztworze, są nazywane osadami. Reakcje strąceniowe mogą pomóc w wyodrębnieniu użytecznych produktów; pomagają one również badaczom w identyfikacji jonów w roztworze w analizie jakościowej. W związku z tym bardzo pomocne jest zrozumienie niektórych czynników, które decydują o tym, czy i w jakich ilościach utworzy się osad.

Entropia

Entropia jest często opisywana jako miara nieporządku; dokładniejszym sposobem myślenia o entropii jest jednak myślenie w kategoriach liczby sposobów, na jakie można ułożyć wszystkie cząsteczki w systemie, który wciąż wykazuje tę samą energię całkowitą. Prawa termodynamiki nakazują, że spontaniczna zmiana zawsze przebiega w kierunku zwiększania entropii; to dlatego ciepło nigdy nie przepływa spontanicznie z obiektów zimnych do gorących - tylko na odwrót. Entropia układu może maleć tylko wtedy, gdy pobiera on energię z zewnątrz, innymi słowy, gdy działa na niego proces zewnętrzny. Kiedy reakcja uwalnia energię cieplną, zwiększa temperaturę otoczenia, co prowadzi do wzrostu całkowitej entropii.

• Entropia jest często opisywana jako miara nieuporządkowania; dokładniejszym sposobem myślenia o entropii jest jednak liczba sposobów, na jakie można ułożyć wszystkie cząsteczki w układzie, który wciąż wykazuje tę samą całkowitą energię.
  
• Antropia układu może się zmniejszyć tylko wtedy, gdy pobiera on energię z zewnątrz, innymi słowy, gdy działa na niego proces zewnętrzny.

Energia swobodna Gibbsa

Jednym z najważniejszych równań w termodynamice jest definicja energii swobodnej Gibbsa: delta G = delta H - (T x delta S). Przy stałym ciśnieniu, delta H to ilość energii cieplnej pochłoniętej lub uwolnionej w wyniku reakcji; delta S to zmiana entropii układu; a delta G to zmiana maksymalnej pracy, jaką układ może wykonać bez rozszerzania się. Każdy proces, który ma ujemną deltę G jest spontaniczny, natomiast każdy proces, który ma dodatnią deltę G nie jest spontaniczny. W związku z tym tworzenie się osadu jest spontaniczne, jeśli delta G jest ujemna.

W jakich okolicznościach delta G będzie ujemna dla tworzenia się osadu? W większości przypadków, choć nie we wszystkich, delta S będzie ujemna dla tworzenia się osadu, ponieważ rozpuszczalnik w cieczy jest bardziej nieuporządkowany niż osad stały. W konsekwencji, zazwyczaj potrzebujemy ujemnej delta H, aby tworzenie się osadu było korzystne. Pamiętajmy, że kiedy substancja chemiczna jest rozpuszczona w wodzie, jej cząsteczki są przyciągane przez cząsteczki wody. Jeśli przyciąganie pomiędzy cząsteczkami solutu jest znacznie silniejsze niż przyciąganie do cząsteczek wody, energia zostanie uwolniona podczas łączenia się cząsteczek solutu, co da nam ujemną deltę H. Siła oddziaływań pomiędzy cząsteczkami solutu oraz pomiędzy cząsteczkami solutu i wody jest zatem kluczowym czynnikiem wpływającym na wytrącanie się osadu. Oczywiście rozpuszczalność dla większości związków będzie również w pewnym stopniu zależeć od temperatury.

• Jednym z najważniejszych równań w termodynamice jest definicja swobodnej energii Gibbsa: delta G = delta H - (T x delta S).
  
• W większości, choć nie we wszystkich przypadkach, delta S będzie ujemna dla tworzenia się osadu, ponieważ rozpuszczalnik w cieczy jest bardziej nieuporządkowany niż stały osad.

Równowaga

W każdej chwili, niektóre cząsteczki w roztworze łączą się w celu utworzenia osadu, podczas gdy inne rozpuszczają się i są przenoszone z powrotem do roztworu. W pewnym momencie roztwór osiągnie równowagę, w której te dwa procesy zachodzą w tym samym tempie. Równowaga ta jest związana z delta G następującym równaniem: delta G w warunkach standardowych = -RT ln K, gdzie R jest stałą, T jest temperaturą, a K jest stałą równowagi (stosunek produktów do reagentów). Stała równowagi dla rozpuszczalności substancji nazywana jest Ksp. Gdy znasz Ksp, wiesz jaki będzie stosunek osadu do roztworu w reakcji strącania.

• W danym momencie niektóre cząsteczki w roztworze łączą się ze sobą tworząc osad, podczas gdy inne rozpuszczają się i są przenoszone z powrotem do roztworu.
  
• Kiedy znasz Ksp, wiesz jaki będzie stosunek osadu do roztworu dla reakcji strącania.

Wspólny efekt jonowy

Związki jonowe dysocjują, kiedy rozpuszczają się w wodzie; chlorek sodu, na przykład, rozpada się na jony sodu i jony chlorkowe, każdy otoczony otoczką z cząsteczek wody; kiedy się wytrącają, wracają do siebie. Jeśli zwiększysz stężenie jednego z tych jonów, zwiększysz ilość osadu, ponieważ Ksp jest stałe i nie uległo zmianie. W związku z tym, jeśli dodamy jon chlorkowy do roztworu chlorku srebra, spowodujemy powstanie większej ilości osadu chlorku srebra. Efekt wspólnego jonu daje Ci sposób na wytrącenie większej ilości substancji, którą chcesz usunąć z roztworu.

• Związki jonowe dysocjują, kiedy rozpuszczają się w wodzie; chlorek sodu, na przykład, rozdziela się na jony sodu i jony chlorkowe, każdy otoczony przez powłokę z cząsteczek wody; kiedy się wytrącają, wracają do siebie.
  
• W związku z tym, jeśli dodasz jon chlorkowy do roztworu chlorku srebra, spowodujesz, że powstanie więcej osadu chlorku srebra.