Лекция 3

3. Раствор-твердый осадок

Существует 2 варианта осаждения:

• Когда твердый реагент растворяется и взаимодействует с компонентами растворенного вещества в жидкой фазе.

Al(NO₃)₃ + NaOH(тв)

Достоинства. Меньшая реакционная среда и, следовательно, большая концентрация побочных продуктов в жидкой фазе. Меньше затраты на осуществление процесса в результате того, что отпадает необходимость установки оборудования, в котором получается раствор осадка заданной концентрации.

Недостатки. Наличие локальных пересыщений в месте ввода твердого осадка. Различие в температурном режиме, что приводит к неравномерному распределению реагентов в объеме, следовательно, неравномерному зарождению твердой фазы и образующийся продукт в различных точках объема может отличаться по химическому составу и физико-химическим свойствам.

• Это взаимодействие между твердым и жидким на поверхности твердой частицы. Обычно это имеет место в том случае, если твердый реагент отличается низкой растворимостью.

Al₂O₃ +H₃PO₄ = AlPO₄∙ xH₂O

Оксид алюминия постепенно растворяется в фосфорной кислоте, и будет образовываться раствор фосфата алюминия. По достижению насыщения будут образовываться частицы новой фазы. Далее эта частица с радиусом r будет являться центром кристаллизации, и на ней образуются кристаллы фосфата алюминия. Далее диффузия кислоты к поверхности частицы оксида алюминия осложнена сопротивлением слоя фосфата алюминии. Процесс протекает крайне медленно. И довести процесс до того состояния, чтобы оксид алюминия практически не возможно. Конечный продукт синтеза будет представлять смесь фосфата алюминия, некоторого количества оксида алюминия и некоторого количества фосфорной кислоты, которая не вступила в реакцию. Это будет наблюдаться в том случае, если смешение реагентов проводить в стехиометрическом соотношении согласно уравнению реакции. Из этого следует, что получить фосфат алюминия согласно данной реакции практически не возможно, учитывая кинетические особенности данного процесса. Таким образом, анализируя все варианты гетерогенного осаждения можно заключить, что в их основе лежит процесс образования насыщенного раствора осаждаемого вещества, при пересыщении который образует частицы новой твердой фазы. При этом твердая фаза может иметь кристаллическое строение, а может и не иметь кристаллического строения. Этот факт зависит от природы соли, соединений поливалентных металлов, в частности труднорастворимых, образованных, как правило, в рентгеноаморфном состоянии. Образование рентгеноаморфных соединений базируется на гидролитических и конденсационных процессах, протекающих в жидкой фазе.

Для химического осаждения используются и полунепрерывные процессы – это циклические процессы и в этом они схожи с процессами периодического осаждения, т.е. нарабатывается партия продукта, далее осуществляется выгрузка, а затем следующий цикл. На непрерывный процесс химического осаждения он похож тем, что реагент вводится раздельно и одновременно.

Пример.

Одновременно подаются реагенты. Выгрузка не происходит, объем все время изменяется и при достижении определенного значения осаждение прекращается. Осаждение ведется при постоянном параметре. Следовательно, химизм данного процесса во времени постоянен. Можно записать одну реакцию. Если pH постоянно, то осаждение протекает при постоянном соотношении реагентов. Для данного способа характерны локальные пересыщения именно в тех местах, где подаются капли реагентов.