共沉淀及其類型
一種沉淀被在沉淀條件下本來能溶的雜質(zhì)所污染,叫做共沉淀。廣義來說,一種沉淀與另一種或多種化合物同時沉淀的現(xiàn)象叫做共沉淀。共沉淀的類型并無嚴格界限,大體可分為:混晶、表面吸附、機械包藏和包留幾種。
混晶的形成——真混晶和反?;炀?br /> 當兩種液體混合在一起時,如果它們的混溶性高,就形成單一液相,如果混溶性低,則成為分開的兩層液相,每一種液體被另一種所飽和。相似地,兩種共同沉淀的固體化合物形成固體溶液。如果一種在另一種中的混溶性高(晶形相似),例如連續(xù)從0-100%,就形成真混晶,而且在X-線的行射圖中只顯示一種固相。異化結(jié)晶型的化合物也形成固體溶液,但混溶性低,因此形成反?;炀А1还渤恋淼碾s質(zhì)量決定于實驗條件和雜質(zhì)的性質(zhì)。開始,雜質(zhì)在結(jié)晶內(nèi)部的分配十分素亂,但通過陳化,沉淀結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化,雜質(zhì)在結(jié)晶中建立更規(guī)則的排列,如果陳化繼續(xù)到平衡,結(jié)晶與雜質(zhì)排列完全均勻。例如鉻酸鋇在鐳離子存在下,雖然鉻酸鐳的濃度很小,未曾達到其溶度積,但沉淀中也含鐳,如果進行陳化,則結(jié)晶與鐳排列均勻。BaSO4與KMnO4,BaCrO4,PbSO4;MgNH4AsO4與MgNH4PO4;AgCl與AgBr都易形成混晶。
表面吸附
這是一種很普遍的共沉淀。如上所述,沉淀在表面上吸附了同離子也吸附了配衡離子。沉淀對配衡離子的吸附,有選擇性,也有取代性。根據(jù)潘尼思-法揚斯-哈恩( Paneth-Fajans-Hahn)吸附規(guī)則,與晶格中離子形成難溶化合物(或難離解)的異號離子首先被吸附。通常吸附量隨溶解度(或離解度)的減小而增大。例如:吸附有鋇離子的硫酸鋇對陰離子的吸附順序為:Br-<Cl-<ClO3-<NO3-;含有SO42-的硫酸鋇對陽離子的吸附順序為:Na+<K+<Ca2+<Pb2+。
用電解質(zhì)凝結(jié)膠體時,電解質(zhì)會作為雜質(zhì)而被吸附。雜質(zhì)被吸附的量隨其濃度增大而增多,但當沉淀表面吸附飽和時,即不再増多。所以雜質(zhì)的百分吸附量在雜質(zhì)濃度低時大,而濃度高時,反而不大。此外,變形性大和高電荷的物質(zhì)易于被吸附,例如,吸附指示劑就具有高的變形性。水分子由于具有偶極性,就易被吸附為濕存水。
機械包藏(和包留)
當進行沉淀時,特別是沉淀進行得快時,有這樣一種情況,就是雜質(zhì)易被沉淀所捕捉,稱為機械包藏(或包留),這在膠體沉淀比大晶形沉淀更為常見。例如,新沉淀的氫氧化物和硫化物一般含有相當量的機械包藏的雜質(zhì)。當進行沉淀的陳化時,它們太部被釋放。當沉淀劑加入于溶液時,雜質(zhì)被開始機械包藏,當一滴試劑與溶液接觸時,在接觸點局部,沉淀劑濃度很高,雜質(zhì)被形成的沉淀所機械包藏。應(yīng)用均勻相溶液中沉淀法,這種共沉淀可被大部消除。當沉淀成核時,相當量的雜質(zhì)被包藏。
這種類型的共沉淀不限于固體,有時溶劑也被包留在成長的結(jié)晶中。液體包留發(fā)生在許多礦物中,如石英和石膏。當含有包留溶劑的結(jié)晶被加熱時,內(nèi)部壓力急劇增大,致使結(jié)晶爆裂。沉淀為高氯酸鹽以測定鉀時,沉淀含有包留溶劑,所以被溶于溶劑中的雜質(zhì)(高氯酸,高氯酸鈉,以及其他金屬高氯酸鹽)所污染。通過在水中將沉淀重結(jié)晶,可將雜質(zhì)除去。雖然重結(jié)晶的高氯酸鉀含有包留水,但雜質(zhì)大部分被消除。將含有包留水的結(jié)晶放在一帶蓋坩鍋中加熱,結(jié)晶爆裂,水被除去,得到細粉末的沉淀物。
繼沉淀(后沉淀)現(xiàn)象
某種離子被沉淀作為配衡離子吸附之后,在放置時,與附吸層離子或與沉淀進行化學(xué)反應(yīng)而形成另一沉淀的現(xiàn)象,叫做繼沉淀(后沉淀)。例如,沉淀硫化氫組的Cu2+或Hg2+的硫化物時,ZnS本來不應(yīng)沉淀,但當CuS或HgS被放置時,Zn2+也逐漸形成ZnS沉淀:
Cu2++H2S=CuS↓+2H+
nCuS+mS2-+mZn2+ → nCuS·mS2-……mZn2+↓(沉淀)
nCuS·mS2-……mZn2+ → nCuS↓+mZnS↓(沉淀放置時)
用草酸鹽將Ca2+沉淀為CaC2O4以與Mg2+分離時,如果沉淀放置過久,也會有MgC2O4的繼沉淀發(fā)生。所以在這種情況下,CaC2O4沉淀應(yīng)當盡早過濾。
化學(xué)共沉淀
某些離子被吸附之后,與難溶物質(zhì)(沉淀)進行化學(xué)反應(yīng),而形成另一組成的沉淀的現(xiàn)象叫做化學(xué)共沉淀。例如,Zn2+與Cr3+的氫氧化物都能溶于過量NaOH,但在用過量NaOH處理Zn2+與Cr3+的混合溶液時,則由于形成另一種難溶化合物而不進入溶液。結(jié)果,在溶液中檢不出Cr3+和Zn2+:
mCr(OH)3+nZn2+ → mCr(OH)3·nZn2+ |
OH- → |
ZnO·Cr2O3[Zn(CrO2)2] |
或 mZn(OH)2+nCr3+ → mZn(OH)2·nCr3+ |
或Cr2(ZnO2)3 |
2Cr(OH)3·3Zn2++6OH- → Cr2(ZnO2)3+6H2O
在有Zn2+存在時,以MnO(OH)2(或H2MnO3)的形式分出Mn2+時,也會發(fā)生同樣現(xiàn)象,Zn2+被吸附后,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),成為Zn(MnO3)。同樣在沉淀BaSO4時,由于吸附了Fe2(SO4)3,K2SO4或BaCl2,有時也會形成Ba[Fe(SO4)2]2,Ba2SO4Cl2或K2Ba(SO4)2等化合物。但是,這類共沉淀畢竟是很少的。
化學(xué)共沉淀和混晶及機械包藏一櫸,雜質(zhì)都不能用洗滌法除去。
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