Cộng kết và kết tủa sau – Nguyên nhân làm cho kết tủa không tinh khiết

            Thường kết tủa không thể tách ra ở dạng tinh khiết mà có kèm theo tạp chất. Khi tạp chất kết tủa đồng thời với kết tủa chính thì gọi là cộng kết, và khi tạp chất kết tủa sau khi kết tủa chính đã kết tủa hết thì gọi là kết tủa sau.

1 Cộng kết bề mặt

            Cộng kết loại này là sự hấp phụ các tạp chất trên bề mặt kết tủa. Nguyên nhân của sự hấp phụ là những ion hay phân tử ở bề mặt kết tủa còn có khả năng thêm những ion hay những phân tử ở trong dung dịch. Vì khác với những ion và phân tử ở trong kết tủa, những ion và phân tử ở bề mặt kết tủa có những lực hóa trị tự do nên có thể liên kết tiếp được với các tiểu phân khác trong dung dịch.

            Hấp phụ là một hiện tượng thuận nghịch vì những ion hay phân tử bị hấp phụ có thể tan trở lại trong dung dịch hay nói một cách khác có thể bị “giải hấp”.

            Khi tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp cân bằng hấp phụ được thành lập, lượng tạp chất bị hấp phụ không thay đổi nữa. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng như diện tích bề mặt, nồng độ, nhiệt độ, bản chất của kết tủa và ion bị hấp phụ, điều kiện kết tủa …

2 Cộng kết trong

            Thường xảy ra đối với kết tủa tinh thể, dựa vào đặc điểm của cộng kết trong, có thể chia ra làm 2 loại:

            * Cộng kết do phản ứng giữa kết tủa và thuốc thử dư

            Khi cho Zn²⁺ phản ứng với K₄[Fe(CN)₆] thì không sinh ra kết tủa Zn₂[Fe(CN)₆]mà sinh ra kết tủa K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂. Khả năng ion kim loại kiềm đi vào phức chất phụ thuộc vào thể tích và mức độ hydrat hóa của ion đó.  Ion càng nhỏ càng dễ vào mạng lưới của kết tủa và càng ít tan. Ion hydrat hóa càng yếu vào mạng lưới càng dễ.

Mức độ hydrat hóa của các ion kim loại kiềm tăng theo chiều: Cs⁺ < K⁺ < Na⁺ < Li⁺. Như vậy, Cs⁺ dễ cộng kết hơn cả.

            * Cộng kết đồng hình

            Nguyên nhân của loại cộng kết này là kết tủa và tạp chất là những chất đồng hình, tức là những chất có khả năng kết tinh trong cùng một mạng lưới tinh thể.

Ví dụ, phèn nhôm KAl(SO₄)₂.12H₂O không màu, đồng hình với phèn crom KCr(SO₄)₂.12H₂O màu tím, và khi chúng cùng kết tinh với nhau thì sẽ có tinh thể màu tím đậm nhạt tùy theo nồng độ tương đối của chúng.

3 Cộng kết cơ học

            Những tinh thể thường có mạng lưới không hoàn toàn nên có khe hở hoặc chỗ trống đựng đầy nước cái chứa tạp chất. Những tinh thể nhỏ khi kết hợp với nhau cũng có thể giữa tạp chất ở giữa.

4 Nội hấp

            Trong quá trình lớn lên, tinh thể có thể mang theo tạp chất trước đó bị hấp phụ, thứ tự cho các thuốc thử và dung dịch tác dụng với nhau rất ảnh hưởng đến chất bị hấp phụ. Ví dụ, nếu thêm dần H₂SO₄ vào BaCl₂ thì tinh thể BaSO₄ lớn dần trong một dung dịch có dư Ba²⁺ nên hấp phụ nhiều Ba²⁺ kéo theo ion Cl^-. Ion SO₄^2- sẽ đẩy dần ion Cl^- ra một phần nhưng vẫn còn một ít trên kết tủa. Ngược lại, nếu them dần BaCl₂ vào H₂SO₄ thì tinh thể BaSO₄ lớn dần trong dung dịch có dư ion SO₄^2- nên hấp phụ ion SO₄^2- kéo theo cation khác trong dung dịch. Tốc độ thêm thuốc thử cũng ảnh hưởng đến lượng tạp chất bị hấp phụ. Nếu thêm ngay một lúc thuốc thử đến dư thì kết tủa sẽ hấp phụ tạp chất nhiều. Nếu thêm từ từ thì kết tủa sẽ tinh khiết hơn vì kết tủa lớn hơn nên hấp phụ tạp chất ít hơn và tạp chất cũng dễ bị thay thế bởi ion của kết tủa hơn.

5 Kết tủa sau

            Các loại cộng kết đã kể trên chỉ xảy ra khi tạo thành kết tủa, nhưng cũng có loại cộng kết chỉ xảy ra sau khi đã hoàn thành kết tủa một thời gian, đó là kết tủa sau.

            Ví dụ, nếu lọc ngay kết tủa CuS khi kết tủa bằng H₂S trong môi trường axit có ion Zn²⁺ thì không có ZnS trong kết tủa. Nhưng nếu để lâu kết tủa trong dung dịch trước khi lọc, trong kết tủa sẽ có cả ZnS. Có thể giả thích hiện tượng này như sau: Kết tủa CuS tiếp xúc lâu với dung dịch bão hòa H₂S sẽ hấp phụ H₂S lên bề mặt kết tủa làm cho nồng độ H₂S tăng lên rõ rệt đủ để ZnS kết tủa mặc dù nồng độ axit trong dung dịch khá lớn.

* Vai trò của cộng kết trong phân tích

            Hiện tượng cộng kết có tác hại trực tiếp làm bẩn kết tủa, do đó làm cản trở việc tách các ion cần xác định ra khỏi dung dịch phân tích. Vì vậy, cần phải tìm biện pháp chống cộng kết, nhưng mặt khác người ta cũng sử dụng hiện tượng cộng kết trong phân tích vi lượng.

a) Ứng dụng

            * Tách:

            Ví dụ, muốn tách Pb²⁺ (vi lượng) ở trong nước có thể dùng bột CaCO₃, vì Pb²⁺ bị CaCO₃ cộng kết.

            * Làm giàu dung dịch:

            Giả sử từ dung dịch Ra²⁺ vô cùng loãng, ta có thể làm giàu dung dịch như sau: cho bột BaSO₄ vào dung dịch trên, do tính đồng hình nên BaSO₄ sẽ kéo theo RaSO₄. Sau đó tách hỗn hợp kết tủa này, rửa sạch, rồi chuyển sang kết tủa cacbonat, cuối cùng dùng axit hòa tan thành dung dịch có thể thích tùy ý.

            * Phát hiện ion:

            Có thể tìm Mg²⁺ dựa vào hiện tượng Mg(OH)₂ cộng kết I₂ để tạo ra kết tủa Mg(OH)₂.I₂ (trong môi trường kiềm) màu đỏ tím bầm.

b) Cách làm giảm cộng kết:

            * Trường hợp cộng kết ngoài: Tìm cách làm giảm diện tích bề mặt của kết tủa, tức là tạo điều kiện để có được thể tích lớn hơn, hay nói cách khác phải tuân theo các quy tắc để nhận kết tủa tinh thể và vô định hình đã trình bày ở trên.

            Để cho tinh thể lớn lên, người ta làm muồi tinh thể bằng cách ngâm lâu tinh thể trong dung dịch nước cái. Chẳng hạn, để kết tủa qua một đêm rồi mới lọc để cho tinh thể nhỏ tan ra và tăng số tinh thể lớn lên.

            Có thể thay đổi dạng ion có khả năng cộng kết làm thay đổi bản chất của chúng và giảm cộng kết. Ví dụ, khử Fe³⁺ xuống Fe²⁺ để ít cộng kết với BaSO₄ hơn, hoặc có thể dùng chất tạo phức để che.

            Rửa nhiều lần cũng làm giảm cộng kết vì ở đây có quá trình thuận nghịch.

            * Trường hợp cộng kết trong: Không thể loại tạp chất bằng phương pháp rửa. Ta có thể giảm bớt cộng kết bằng cách kết tinh lại nhiều lần vì mỗi lần kết tinh lại thì lượng tạp chất sẽ giảm dần.

            Ví dụ, để loại bớt ion Mg²⁺ trong kết tủa CaC₂O₄ thì đem hòa tan CaC₂O₄ bằng HCl, sau đó trung hòa axit rồi kết tủa lại CaC₂O₄. Lần này nồng độ Mg²⁺ nhỏ hơn lần trước nên Mg²⁺ sẽ bị hấp thụ ít hơn. Kết tinh lại nhiều lần, Mg²⁺ còn lại không đáng kể. Tốt hơn hết là nên áp dụng một trong các biện pháp sau:

            - Tách ion bị cộng kết trước khi tiến hành kết tủa bằng nhiều cách như chiết chẳng hạn. Ví dụ, tách FeCl₃ bằng cách chiết muối đó bằng CCl₄ hay CHCl₃ trong môi trường HCl.

            - Che dấu: Có thể dung thuốc thử thích hợp tác dụng với ion bị cộng kết tạo thành phức chất bền ít hay không bị cộng kết.

            - Đổi hóa trị: Ví dụ BaSO₄ cộng kết với Fe³⁺ hay MnO₄^-, muốn tách ra chỉ việc đổi hóa trị Fe³⁺ thành Fe²⁺ hay MnO₄^- thành Mn²⁺.

» Tin mới nhất:

• Công dụng của trái đu đủ (19/07/2022)
• ứng dụng của đạo hàm (18/06/2022)
• Khóa Học Online Miễn Phí Về Quản Lí Thực Phẩm Và Đồ Uống (16/06/2022)
• Lợi ích của nấm linh chi (15/05/2022)
• Một bài toán ước lượng trung bình trong Y Khoa (18/04/2022)

» Các tin khác:

• Chuyển hợp chất khó tan này sang hợp chất khó tan khác (18/10/2017)
• Đề trắc nghiệm tham khảo môn Hóa Hữu cơ (18/10/2017)
• Một số bài tập Hóa học đại cương (Nhiệt hóa học) (17/10/2017)
• Đề ôn tập số 6 (05/10/2017)
• Kiểm tra XSTK (05/10/2017)
• Đề ôn tập xác suất số 5 (05/10/2017)
• Kiểm tra toán C (05/10/2017)
• Các kỹ thuật cơ bản trong thực hành hóa phân tích định tính (18/09/2017)
• Ôn tập XSTK giữa kỳ (18/09/2017)
• Đề kiểm tra toán Cao cấp C (18/09/2017)