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进行细晶形沉淀的条件


一个平凡的化学人 / 2018-08-06

    以BaSO为例来说明,首先研究一下BaSO4的性质。

    1.BaSO4的溶解度很小(约106尔/升),沉淀在完全度方面是不成问题的。

    2.很容易形成穿过滤纸的细小结晶。因此,如何使沉淀获得较大粒子是一个中心问题。

    3.能同许多离子发生共沉淀,而且与Fe3+、Co2+、Ni2+、Zn2+等有时会形成化学共沉淀。因此,有这些离子存在时,应事先进行分离或进行掩蔽。此外,BaSO4与过量沉淀剂BaCl2或K2SO4地有形成化学共沉淀的可能,陈化时间应适当控制。

    4.Ba(NO32的溶解度约为BaC12溶解度的五分之一,所以NO3-比C1-离子更容易被BaSO4吸附。

    5.BaSO4能与 BACRO4、KMnO4、PbSO4等形成混晶共沉淀,当有CrO42-、MnO4-、Pb2+等离子存在时,也应该事先进行处理(CrO42-MnO4-可事先还原为Cr3+和Mn2+;Pb2+可用ED-TA掩蔽)

    6.有人曾研究过局外离子对硫酸钡粒子大小的影响,它们发现NaCl、NaNO3、KBr、KNO3和其他盐在高浓度,甚至在高过饱和度也妨碍结晶的成长。

    7.有人曾研究了pH、过量Ba2+和硫酸盐、Ba2+的浓度对硫酸钡结晶的形成速率、大小和沉降速率的效应,研究结果表明形成结晶的最佳pH范围为3.0-3.5。

    针对上述的情况,我们可以选定沉淀BaSO的一般条件如下:

    1.沉淀作用应当在稀溶液中进行,以减低溶液的相对过饱和度;对BaSO4来说,应该在稀HCI溶液中进行(不用HNO3)。如果是用BaCl2沉淀SO2,在此稀溶液中进行还可防止其他共存弱酸根离子被沉淀为钡盐。pH范围最好控制在3.0-3.5之间。

    2.沉淀作用应当在热溶液中进行,以增大沉淀的溶解度,降低溶液的过饱和度,同时加热还可减低杂质的吸附量(吸附是放热过程)。

    3.在不断搅择下,慢慢滴加沉淀剂溶液,以免局部过他和度过大而使粒子大小不均匀。在沉淀Ba2+离子时可以用氨基破酸或硫酸二甲酯进行均匀相溶液的沉淀。
                   H2NSO3H+H2O→SO42-+NH4++H+
                 (CH3)2SO4+2H20→SO42-+CH3OH+2H+

    4. 加入微过量沉淀剂,可以使沉淀更完金。如果是用H2S04沉淀Ba2+,可过量100~200%,因为H2S04是挥发性的:如果是用BaCl2沉淀SO42-,则只能过量20-30%,因为BaC12是非挥发性的,洗不净的过量BaCl2后来灼烧沉淀也不能除去。
    5.进行陈化或进行冷冻一热融法处理。以前曾经指出,沉淀形成后,使其保留在母液中放置一些时候,这个过程叫“陈
化”。在陈化过程中,可以使沉淀粒子增大,便于过滤和洗涤。除混晶和后沉淀型的共沉淀外,陈化作用通常可以提高沉淀的纯度(表3-8),这是由于:(1)沉淀粒子长大,从而减少了比表面,吸附杂质也少了;(2)沉淀由不十分完整的结晶转变为符合离子稳定排列的形态时,减少局部的污染;(3)在陈化过程中,由于小晶粒的溶解,原来吸附、吸留的杂质将重新进入溶液。
    加热(促进离子运动速度)和搅拌(使沉淀与母液充分接触)可以缩短陈化时间,但随着沉淀情况的不同,所需陈化时间也不同。用过量BaCl2沉淀SO42-。时,只能放置1ー2小时,以免结晶表面上保留较多的BaCl2(与过量浓度有关)而不能完全洗去。但用H2SO4沉淀Ba2+时,则可放置过夜(放置时间较长,杂质减少较多)。
    但是,无论如何,陈化过程总是使整个测定程序时间拖长的一个因素,这对提高工作效率是不利的。

    佐洛塔文( Zolotavin)①等入发现:在固态二氧化碳一丙酮中将沉淀冷冻15分钟,随后在60-70℃的热永浴融化15分钟,即能产生一种与在室温下陈化较长时间相似的结果。这样,就使重量法测定SO42-的全部时间由10小时缩短到2小时。除硫酸钡外,这种技术也应用于磷酸铵镁和草酸钍。MgNH4PO4·6H20沉淀先在-18C甚至~78C低温下冷冻,随后在60-70℃热水浴融化诱导大粒子消耗小粒子而成长,分析时间可以由7小时缩减为3小时,而且不影响淮确度。

    表3-8还曾指出,如果杂质与沉淀形成混晶,陈化只能达到一定平衡,但不能除去杂质,有时杂质反而增多。延长陈化时间,对于可能发生后沉淀的情况是不允许的。CaC2O4与BaSO4相似也很容易形成细小晶体,最好是进行均匀相溶液中沉淀。Ca2+Mg2+共存时,放置时间要相对缩短。

    MgNH4PO4·6H2O、NaZn(UO2)2Ac9·9H2O、KC1O4等沉淀溶解度较大,但晶体粒子也大,所以与CaC2O、BaSO、也不一样,它们要在较浓的溶液中沉淀,甚至还要加入酒精(能与水混溶的有机溶剂),以降低溶解度。同时,不需要加热,也没有必要进行陈化,只要等沉淀完全就可以了。

    胶状沉淀不需要陈化,因为放置时间过长,沉淀过于紧密,反而难以洗净,通常只将其稍为放置使其下沉,便于用“倾洗法”过滤就够了。

    当氯化银一类沉淀形成细微颗粒,溶液混浊,不易聚集成凝乳状沉淀时,应在水浴上加热,并用力搅拌以促其凝聚。

    6.为了避免BaSO4同杂质形成混晶共沉淀,也可以采用二步沉淀法和再沉淀。实验证明,一些正常的混晶型共沉淀,共沉淀的量是在沉淀接近完毕时突然增加的,因此,如果在到达此点之前(通过实验得知),先把沉淀过滤,然后再在滤液中继续加入沉淀剂以沉淀剩余的少量部分,就可大为减少杂质的吸附量。这种分两步加入沉淀剂以完成沉淀过程的方法叫徹二步沉淀法。

    从表3-8中也可以看出,在所有实验条件中,只有“再沉淀”是对所有类型的共沉淀都能起降低杂质含量的有效方法。因此,遵照一定条件所得沉淀的纯度仍不能满足要求时,也可以进行再沉淀。先将已得到的沉淀过滤(这时大部分杂质留于滤液中)并略为洗涤,用适当溶剂将沉淀溶解再进行第二次沉淀。这时溶液中杂质浓度已经大大降低,共沉淀的现象自然减少,所得沉淀就要纯净得多。例如,BaSO4可溶于EDTA的氨性溶液(形成EDTA-Ba的络合物)酸化后重新沉淀,可以减少Fe3+的共沉淀。CaC2O4可溶于HCl,然后用氨水中和重新沉淀,以除去Mg2+的后沉淀。

    7.在某些金属阳离子存在下沉淀Ba2+时,可加人掩蔽剂使它们成为相反符号的络合物或改变它们的价态,也时常能够避免或减低共沉淀的程度。例如在弱酸性溶液中将Ba2+沉淀为BaSO4时,可用EDTA将Al3+、Fe3+、Cr3+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Hg2+和Bi3+等络合而避免它们的共沉淀。Fe3+还原为Fe2+时,被BaSO4共沉淀的程度可大为降低(电荷减少),但不能避免。

 


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