07.04.2010Г. Технология тонкого неорганического синтеза. Лекция 4.

Еще одним способом деления химического осаждения является деление на гетерогенный и гомогенный способы осаждения.

Гетерогенное осаждение имеет место в том случае, когда при добавлении в раствор щелочного агента, или осадителя, образуется новая фаза, т.е. твердая фаза, которая является осадком. Например, если взять соль алюминия и добавить щелочной агент, то выпадет осадок.

Гетерогенные способы осаждения можно разделить на следующие группы:

1. раствор – раствор, т.е. осаждаемое вещество находится в жидкой фазе и щелочной агент тоже в жидкой фазе. При взаимодействии растворов образуется новое химическое соединение, при достижении его произведения растворимости оно переходит в твердую фазу.

Если очень разбавленный раствор, то соль алюминия находится в виде гидратного комплекса:

[Al(H₂O)₆]⁺³

состояние иона алюминия в растворе:

ОН₂ ОН₂ +3

ОН₂ - Al – ОН₂

ОН₂ ОН₂

2. Раствор – газообразный щелочной реагент. В качестве щелочного агента можно взять газообразный аммиак, NO₂ и др. Использование такой системы имеет ряд преимуществ, т.к. в этом случае образуется меньший объем жидкой фазы, в которой выше содержание компонентов, входящих в систему. Следовательно, такая жидкая фаза может быть использована для практических целей или может быть переработана на целевой продукт с меньшей затратой энергии.

Например:

1. Al(NO₃)₃+NH₄OH=Al₂O₃*nH₂O+NH₄NO₃

2. Al(NO₃)₃+NH₃=Al₂O₃*nH₂O+NH₄NO₃

В первом случае образуется больший объем жидкой фазы, в которой содержание нитрата аммония небольшое (10-15 мас.%).

Во втором случае тоже образуется жидкая фаза, но содержание NH₄NO₃ будет больше.

Газообразные реагенты можно равномерно распределить во всем объеме жидкой фазы и тем самым снижается локальные пересыщения, которые имеют место в системе раствор – раствор.

3. Раствор – твердый реагент.

Пример: получение солей кальция (сульфаты, нитраты). В данном случае лучше использовать раствор кислоты, который нейтрализуется известью.

Кислота диффундирует к поверхности частицы, происходит растворение по поверхности частички и образуется раствор.

R₂ кислота

R₁

R₁ – радиус частички,

R₂ – радиус частички по истечении времени τ.

По достижению насыщения, а затем пересыщения, образуется зародыш твердой фазы и далее происходит их рост, образуются кристаллики. Центром кристаллизации являются частички неразложившейся твердой фазы.

Растворение далее во времени замедляется, т.к. для достижения поверхности частички ионы водорода должны продиффундировать через слой, образовавшейся твердой фазы. Это и становится лимитирующей стадией процесса растворения твердой фазы в жидкой. Диффузионные процессы протекают медленно и, следовательно, скорость процесса во времени уменьшается, т.к. увеличивается слой твердой фазы на поверхности частички.