Химическая энциклопедия - осаждение

выделение в виде твердого осадка из газа (пара), р-ра или расплава одного или неск. компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы (см. Зарождение новой фазы). О. из пара (десублимация) достигается понижением т-ры (напр., при охлаждении паров иода возникают кристаллы иода) или хим. превращ. паров, к к-рому приводят нагревание, воздействие радиации и т. д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагр. паров летучих -дикетонатов металлов в присут. О 2 осаждаются пленки твердых оксидов металлов.

О. твердой фазы из р-ров можно добиться разл. способами: понижением т-ры насыщ. р-ра, удалением р-рителя выпариванием (часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава р-рителя, напр. добавлением к полярному р-рителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называют высаливанием. Широко применяют для О. разл. хим. реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соед., к-рые выпадают в осадок. Напр., при добавлении р-ра ВаСl2 к р-ру, содержащему серу в виде SO^2-4, образуется осадок BaSO4. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.

Работа образования зародышей кристаллов в гомог. системе довольно велика, и формирование твердой фазы облегчается на готовой пов-сти твердых частиц (см. Кристаллизация). Поэтому для ускорения О. в пересыщенные пар и р-р или переохлажденный расплав часто вводят затравку высокодисперсные твердые частицы осаждаемого или др. в-ва. Особенно эффективно использование затравок в вязких р-рах. Образование осадка может сопровождаться соосаждением - частичным захватом к.-л. компонента р-ра.

После О. из водных р-ров образующемуся высокодисперсному осадку перед отделением часто дают возможность "созреть", т. е. выдерживают осадок в том же (маточном) р-ре, иногда при нагревании. При этом в результате т. наз. оствальдова созревания, обусловленного различием в р-ри-мости мелких и крупных частиц, агрегации и др. процессов, происходит укрупнение частиц осадка, удаляются соосаж-денные примеси, улучшается фильтруемость. Св-ва образующихся осадков удается изменять в широких пределах благодаря введению в р-р разл. добавок (ПАВ и др.), изменению т-ры или скорости перемешивания и др. факторам. Так, варьированием условий осаждения BaSO4 из водных р-ров удается увеличить уд. пов-сть осадка от ~0,1 до ~ 10 м ²/г и более, изменить морфологию частиц осадка, модифицировать поверхностные св-ва последнего. Образовавшийся осадок, как правило, оседает на дно сосуда под действием силы тяжести. Если осадок мелкодисперсный, для облегчения его отделения от маточного р-ра применяют центрифугирование.

Для разделения жидкой и твердой фаз применяют разл. способы, в частности фильтрование пропускание р-ра с осадком через пористый материал (фильтровальную бумагу, стеклянный фильтр) иногда под действием вакуума; декантацию-слив жидкой фазы. Выделение твердой фазы из запыленных газов наз. пылеулавливанием.

Широкое применение находит электроосаждение- О. в результате электролиза при пропускании через р-р (расплав) электрич. тока. Путем электроосаждения выделяют из р-ров мн. металлы, в частности Ag, Cu, Ni. Др. тип электрохим. осаждения, иногда называемый цементацией,-выделение менее активного металла на пов-сти более активного без пропускания тока (напр., Сu из р-ров ее солей осаждается на пов-сти железа).

Разл. виды О. находят широкое применение в химии при обнаружении хим. элементов по характерному осадку (см., в частности, Микрокристаллоскопия )и при количеств. определении в-в (см. Гравиметрия), для удаления мешающих определению компонентов и для выделения примесей со-осаждением, при очистке солей перекристаллизацией, для получения пленок, а также в хим. пром-сти для разделения фаз.

В последнем случае под О. понимают мех. отделение взвешенных частиц от жидкости в суспензии под действием силы тяжести. Эти процессы наз. также седиментацией, оседанием, отстаиванием, сгущением (если О. проводят с целью получения плотного осадка) или осветлением (если получают чистые жидкости). При сгущении и осветлении часто дополнительно применяют фильтрование.

Необходимым условием О. является существование разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, т. е. седиментац. неустойчивость (для грубодисперс-ных систем). Для высокодисперсных систем разработан критерий седиментации, к-рый определяется гл. обр. энтропией, а также т-рой и др. факторами. Установлено, что энтропия выше при протекании О. в потоке, а не в неподвижной жидкости. Если критерий седиментации меньше критич. величины, О. не происходит и устанавливается седиментац. равновесие, при к-ром дисперсные частицы распределяются по высоте слоя по определенному закону. При О. концент-рир. суспензий крупные частицы при падении увлекают за собой более мелкие, что ведет к укрупнению частиц осадка (ортокинетич. коагуляция).

Скорость О. зависит от физ. св-в дисперсной и дисперсионной фаз, концентрации дисперсной фазы, т-ры. Скорость О. отдельной сферич. частицы описывается ур-нием Стокса: , где d- диаметр частицы, -разность плотностей твердой () и жидкой () фаз, -динамич. вязкость жидкой фазы, -ускорение своб. падения. Ур-ние Стокса применимо лишь к строго ламинарному режиму движения частицы, когда число Рейнольдса Re < 1,6, и не учитывает ортокинетич, коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.

О. монодисперсных систем характеризуют гидравлич. крупностью частиц, численно равной экспериментально установленной скорости их оседания. В случае полидисперсных систем пользуются среднеквадратичным радиусом частиц или их средним гидравлич. размером, к-рые также определяют опытным путем.

При О. под действием силы тяжести в камере различают три зоны с разл. скоростями О.: в зоне своб. падения частиц она постоянна, затем в переходной зоне уменьшается и, наконец, в зоне уплотнения резко падает до нуля.

В случае полидисперсных суспензий при невысоких концентрациях осадки образуются в виде слоев-в ниж. слое самые крупные, а затем более мелкие частицы. Это явление используют в процессах отмучивания, т. е. классификации (разделения) твердых дисперсных частиц по их плотности или размеру, для чего осадок неск. раз перемешивают с дисперсионной средой и отстаивают в течение разл. промежутков времени.

Вид образующегося осадка определяется физ. характеристиками дисперсной системы и условиями О. В случае гру-бодисперсных систем осадок получается плотным. Рыхлые гелеобразные осадки образуются при О. полидисперсных суспензий тонко измельченных лиофильных в-в. "Консолидация" осадков в ряде случаев связана с прекращением броуновского движения частиц дисперсной фазы, что сопровождается образованием пространств. структуры осадка с участием дисперсионной среды и изменением энтропии. При этом большую роль играет форма частиц. Иногда для ускорения О. в суспензию добавляют флокулянты-спец. в-ва (обычно высокомол.), вызывающие образование хлопьевидных частиц-флокул.

В пром-сти О. осуществляют с помощью отстойников (иногда наз. также сгустителями или осветлителями), к-рые бывают периодического и непрерывного действия. Продолжительность т пребывания суспензии в отстойнике должна быть равна или больше времени осаждения частицы. Если используется отстойник с площадью поперечного сечения Fи рабочей высотой h, то рабочий объем отстойника W= Fh,a = h/v: часовая производительность Следовательно, для увеличения производительности отстойника надо увеличить пов-сть, на к-рую оседает осадок, для чего и применяют наклонные перегородки (полки). При этом на О. высокодисперсных суспензий может также влиять броуновское движение частиц, в одних случаях ухудшая эффективность разделения, в других-способствуя захвату частиц обеими пов-стями полок.