降水（化学）
水溶液中の化学沈殿の原理

水溶液中における沈殿とは、「液体溶液から固体物質（沈殿物）が沈殿すること」である。[ 1 ] [ 2 ]形成された固体は沈殿物と呼ばれる。[ 3 ]沈殿をもたらす無機化学反応の場合、固体の形成を引き起こす化学試薬は沈殿剤と呼ばれる。[ 4 ]

沈殿または遠心分離された固相の上に残る液体は、上澄み液または上澄みとも呼ばれます。

概念と合併症

化合物は、溶液の濃度が溶解度を超えると、つまり過飽和状態になると、溶液から沈殿します。過飽和状態は、温度変化、溶媒の蒸発、あるいは溶媒の混合によって生じます。過飽和状態が強い溶液では、沈殿はより速やかに起こります。

コロイド懸濁液

固体粒子を凝集させ、重力によって溶液から除去するのに十分な引力（例えば、ファンデルワールス力）がなければ、固体粒子は懸濁状態のままコロイドを形成します。沈降は高速遠心分離によって促進されます。こうして得られた緻密な塊は、「ペレット」と呼ばれることもあります。

消化と老化

分解、あるいは沈殿物の熟成は、新たに形成された沈殿物を、通常はより高温の溶液中に放置することで起こります。その結果、より純粋で大きな再結晶粒子が生成されます。分解の基礎となる物理化学的プロセスはオストワルド熟成と呼ばれます。[ 5 ] [ 6 ]

アプリケーション

分析化学

六塩化白金酸カリウム、カリウムの重量分析の結果

沈殿物の形成は重量分析における中核的なステップであり、イオンの同定と定量に用いられます。水溶液からの沈​​殿の一般的な例としては塩化銀が挙げられます。硝酸銀（AgNO 3 ）を塩化カリウム（KCl）溶液に加えると、白色固体（AgCl）の沈殿が観察されます。[ 7 ] [ 8 ]

AgNO 3 + KCl → AgCl↓ + KNO 3

イオン式を使用すると、水溶液中に存在する 解離イオンを詳細に記述してこの反応を記述できます。

Ag + + NO−3+ K + + Cl − → AgCl↓ + K + + NO−3

カリウムは、沈殿剤としてヘキサクロロ白金酸を使用して定量されます。 [ 9 ] K +イオン を含む溶液をこの白金酸の過剰量で処理すると、容易に計量でき、非吸湿性であるヘキサクロロ白金酸カリウムが定量的に得られます。

2 K + + H 2 [PtCl 6 ] → K 2 [PtCl 6 ] + 2 H +

均一沈殿とは、硫酸バリウムの場合のように、単一の均一溶液から沈殿物が形成されることである。[ 10 ]バリウムイオンを含む試料溶液を過剰量のスルファミン酸で処理する。この溶液を加熱することで、スルファミン酸を加水分解し、重硫酸塩を生成する。

2H2NSO3H + 2H2O → 2NH​​+4 + 2 HSO−4

重硫酸塩はバリウムイオンと容易に反応して硫酸塩を生成します。

2 HSO−4+ Ba 2+ → BaSO 4 + 2 H +

無機化学

水酸化物沈殿法は、おそらく最も広く使用されている工業沈殿法であり、沈殿剤として水酸化カルシウム（消石灰）または水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）を加えることによって金属水酸化物が生成されます。

有機化学

沈殿は、抗溶媒（生成物が不溶性の溶媒）を添加した場合にも発生する可能性があり、目的生成物の溶解度が低下します。その後、沈殿はデカンテーション、ろ過、または遠心分離によって容易に分離できます。一例として、Cr3 +テトラフェニルポルフィリンクロリドの合成が挙げられます。反応が起こったジメチルホルムアミド（DMF）溶液に水を加えると、生成物が沈殿します。 [ 11 ]沈殿は他の多くの生成物の精製にも有用です。例えば、粗bmim -Clをアセトニトリルに溶解し、酢酸エチルに滴下すると沈殿します。[ 12 ]

生化学

タンパク質の精製と分離は、溶媒の性質や比誘電率を変える（例えば、水をエタノールに置き換える）か、溶液のイオン強度を高めることで沈殿させることができます。タンパク質は、その特有の折り畳み構造と様々な弱い分子間相互作用（例えば、水素結合）により複雑な三次構造および四次構造を有するため、これらの超構造を変化させ、タンパク質を変性させて沈殿させることができます。抗溶媒のもう一つの重要な用途は、DNAのエタノール沈殿です。

冶金学および合金

固相では、急速冷却やイオン注入などにより、ある固体の濃度がホスト固体中の溶解度限界を超え 、かつ温度が拡散によって析出物への偏析を引き起こすほど高い場合に沈殿が生じる。固体中の沈殿は、ナノクラスターの合成に日常的に利用されている。[ 13 ]

冶金学では、固溶体からの沈殿も合金を強化する方法の 1 つです。

核燃料ピンのジルカロイ被覆管におけるジルコニウム水素化物などの金属合金中のセラミック相の析出は、金属合金を脆くし、機械的破損につながる可能性があります。したがって、使用済み核燃料を冷却する際の正確な温度と圧力条件を適切に管理することは、被覆管の損傷を防ぎ、乾式貯蔵キャスク内および地層処分場における使用済み燃料要素の健全性を長期にわたって維持するために不可欠です。

歴史

さまざまな沈殿プロセスから得られる粉末も、歴史的には「花」として知られています。

ワルデン還元器の図解。銅線は硝酸銀溶液に浸され、銀と置換され、金属銀結晶が銅線上に沈殿します。

電気めっきは、金属を表面に析出させる沈殿法の一種です。沈殿剤は還元剤です。ワルデン還元器の作製例を示します。ワルデン還元器は、銅線を硝酸銀溶液に浸漬することで得られる微細な銀結晶から作られています。

Cu + 2 Ag + → Cu 2+ + 2 Ag

参照

参考文献

  1. ^ 「降水量」 IUPACゴールドブック.2014.doi : 10.1351 /goldbook.P04795 .
  2. ^ 「化学的沈殿」ブリタニカ百科事典。 2020年11月28日閲覧。
  3. ^ "precipitate" . Merriam-Webster.com Dictionary . Merriam-Webster. OCLC 1032680871. 2020年11月28日閲覧。 
  4. ^ "precipitant" . Merriam-Webster.com Dictionary . Merriam-Webster. OCLC 1032680871. 2020年11月28日閲覧。 
  5. ^ Vengrenovitch, RD (1982). 「オストワルド熟成理論について」. Acta Metallurgica . 30 (6): 1079– 1086. doi : 10.1016/0001-6160(82)90004-9 . ISSN 0001-6160 . 
  6. ^ Voorhees, PW (1985). 「オストワルド熟成の理論」. Journal of Statistical Physics . 38 ( 1–2 ): 231– 252. Bibcode : 1985JSP....38..231V . doi : 10.1007/BF01017860 . ISSN 0022-4715 . S2CID 14865117 .  
  7. ^ズムダール, スティーブン・S.; デコステ, ドナルド・J. (2012).化学原理. Cengage Learning. ISBN 978-1-133-71013-4。
  8. ^ズムダール, スティーブン・S.; デコステ, ドナルド・J. (2018). 『入門化学：基礎』​​センゲージラーニング. ISBN 978-1-337-67132-3。
  9. ^ Burkhardt, Elizabeth R. (2006). 「カリウムとカリウム合金」. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Vol. A22. pp.  31– 38. doi : 10.1002/14356007.a22_031.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2。
  10. ^ラッテンベリー、エブリン・M. (1966). 「序論と一般原則」.滴定分析と重量分析入門. pp.  143– 153. doi : 10.1016/B978-0-08-011950-2.50011-7 . ISBN 978-0-08-011950-2。
  11. ^アラン・D・アドラー、フレデリック・R・ロンゴ、フランク・カンパス、ジーン・キム (1970). 「金属ポルフィリンの合成について」.無機・核化学ジャーナル. 32 (7): 2443. doi : 10.1016/0022-1902(70)80535-8 .
  12. ^ Dupont, J., Consorti, C., Suarez, P., de Souza, R. (2004). 「1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム系室温イオン液体の調製」 . Organic Syntheses{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク);集成巻、第10巻、184ページ。
  13. ^ Dhara, S. (2007). 「イオンビーム照射によるナノ構造の形成、ダイナミクス、および特性評価」. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences . 32 (1): 1– 50. Bibcode : 2007CRSSM..32....1D . doi : 10.1080/10408430601187624 . S2CID 98639891 . 

さらに読む

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