沉澱(科學術語)

沉澱（precipitation）是將溶液中的目的產物或主要雜質以無定形固相形式析出再進行分離的單元操作。 沉澱法有等電點沉澱法、鹽析法、有機溶劑沉澱法等。

基本介紹

• 中文名：沉澱
• 外文名：precipitation
• 反應：化學反應
• 原理：從過飽和溶液中析出的難溶物質
• 沉澱形式：一般為固相
• 學科：化學

科學術語

定義

從字意上理解就是指有一種物質由於密度比它所在的溶劑或溶液大且又不溶於它們從而沉了下去。

事實上沉澱多為難溶物（20°C時每100克水中溶解的克數小於0.01克）。

原理

從液相中產生一個可分離的固相的過程，或是從過飽和溶液中析出的難溶物質。沉澱作用表示一個新的凝結相的形成過程，或由於加入沉澱劑使某些離子成為難溶化合物而沉積的過程。產生沉澱的化學反應稱為沉澱反應。物質的沉澱和溶解是一個平衡過程，通常用溶度積常數Ksp來判斷難溶鹽是沉澱還是溶解。溶度積常數是指在一定溫度下，在難溶電解質的飽和溶液中，組成沉澱的各離子濃度的乘積為一常數。分析化學中經常利用這一關係，借加入同離子而使沉澱溶解度降低，使殘留在溶液中的被測組分小到可以忽略的程度。

分類

沉澱可分為晶形沉澱和非晶形沉澱兩大類型。硫酸鋇是典型的晶形沉澱，Fe₂O₃·nH₂O是典型的非晶形沉澱。晶形沉澱內部排列較規則，結構緊密，顆粒較大，易於沉降和過濾；非晶形沉澱顆粒很小，沒有明顯的晶格，排列雜亂，結構疏鬆，體積龐大，易吸附雜質，難以過濾，也難以洗乾淨。

製取

實驗證明，沉澱類型和顆粒大小，既取決於物質的本性，又取決於沉澱的條件。在實際工作中，須根據不同的沉澱類型選擇不同的沉澱條件，以獲得合乎要求的沉澱。對晶形沉澱，要在熱的稀溶液中，在攪拌下慢慢加入稀沉澱劑進行沉澱。沉澱以後，將沉澱與母液一起放置，使其“陳化”，以使不完整的晶粒轉化變得較完整，小晶粒轉化為大晶粒。而對非晶形沉澱，則在熱的濃溶液中進行沉澱，同時加入大量電解質以加速沉澱微粒凝聚，防止形成膠體溶液。沉澱完畢，立即過濾，不必陳化。

作用

在經典的定性分析中，幾乎一半以上的檢出反應是沉澱反應。在定量分析中，它是重量法和沉澱滴定法的基礎。沉澱反應也是常用的分離方法，既可將欲測組分分離出來，也可將其它共存的干擾組分沉澱除去。

種類

氯化銀沉澱

Cu(OH)₂藍色絮狀沉澱

BaSO₄白色沉澱

Mg(OH)₂白色沉澱

Al(OH)₃白色沉澱

BaCO₃白色沉澱

CuO黑色沉澱

Cu₂O紅色沉澱

Cu₂(OH)₂CO₃暗綠色沉澱

CaCO₃白色沉澱

Fe(OH)₃紅褐色沉澱

Fe(OH)₂為白色絮狀沉澱（在空氣中很快變成灰綠色，再變成Fe(OH)₃紅褐色沉澱）

Fe₂O₃ 紅棕色沉澱

FeO 黑色沉澱

FeCO₃ 灰色沉澱

FeS₂ 黃色沉澱

AgBr淡黃色沉澱

Ag₂CO₃ 黃色沉澱

AgBr 淺黃色沉澱

AgCl 白色沉澱

Ag₃PO₄黃色沉澱

PbS黑色沉澱

條件

金屬離子	pH值
	開始沉澱	完全沉澱
Fe^3+	2.7	3.7
Al^3+	3.7	4.7
Cu^2+	4.4	6.4
Zn^2+	6	8
Co^2+	6.7	8.7
Fe^2+	7.6	9.6
Mn^2+	7.8	9.8
Mg^2+	9.3	10.8

反應

CuSO₄+2NaOH = Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄ 藍色沉澱生成、上部為澄清溶液質量守恆定律實驗

Ca(OH)₂+CO₂ = CaCO₃↓+ H₂O澄清石灰水變渾濁 套用CO₂檢驗和石灰漿粉刷牆壁

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑ 白色沉澱、產生使澄清石灰水變渾濁的氣體水垢形成。鐘乳石、石筍的形成

HCl+AgNO₃ = AgCl↓+HNO₃ 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗Cl^-的原理

Ba(OH)₂+ H₂SO₄ = BaSO₄↓+2H₂O 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO₄^2-的原理

BaCl₂+ H₂SO₄ = BaSO₄↓+2HCl 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO₄^2-的原理

Ba(NO₃)₂+H₂SO₄ = BaSO₄↓+2HNO₃ 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO₄^2-的原理

FeCl₃+3NaOH = Fe(OH)₃↓+3NaCl 溶液黃色褪去、有紅褐色沉澱生成

AlCl₃+3NaOH = Al(OH)₃↓+3NaCl 有白色沉澱生成

MgCl₂+2NaOH = Mg(OH)₂↓+2NaCl有白色沉澱產生

CuCl₂+2NaOH = Cu(OH)₂↓+2NaCl 溶液藍色褪去、有藍色沉澱生成

CaO+ H₂O = Ca(OH)₂ 白色塊狀固體變為粉末、生石灰製備石灰漿

Ca(OH)₂+SO₂ = CaSO₃↓+ H₂O 有白色沉澱生成 國中一般不用

Ca(OH)₂+Na₂CO₃ = CaCO₃↓+2NaOH 有白色沉澱生成 工業製取燒鹼、實驗室制少量燒鹼

Ba(OH)₂+Na₂CO₃ = BaCO₃↓+2NaOH 有白色沉澱生成

Ca(OH)₂+K₂CO₃ = CaCO₃↓ +2KOH 有白色沉澱生成

AgNO₃+NaCl = AgCl↓+NaNO₃ 白色不溶解於稀硝酸的沉澱（其他氯化物類似反應） 套用於檢驗溶液中的氯離子

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓+2NaCl 白色不溶解於稀硝酸的沉澱（其他硫酸鹽類似反應） 套用於檢驗硫酸根離子

CaCl₂+Na₂CO₃ = CaCO₃↓+2NaCl 有白色沉澱生成

MgCl₂+Ba(OH)₂ = BaCl₂+Mg(OH)₂↓ 有白色沉澱生成

類型

按照水中懸浮顆粒的濃度、性質及其絮凝性能的不同，沉澱可分為以下幾種類型。

1.自由沉澱。懸浮顆粒的濃度低，在沉澱過程中呈離散狀態，互不粘合，不改變顆粒的形狀、尺寸及密度，各自完成獨立的沉澱過程。這種類型多表現在沉砂池、初沉池初期。

飲料瓶中的沉澱物

2.絮凝沉澱。懸浮顆粒的濃度比較高（50~500mg/L），在沉澱過程中能發生凝聚或絮凝作用，使懸浮顆粒互相碰撞凝結，顆粒質量逐漸增加，沉降速度逐漸加快。經過混凝處理的水中顆粒的沉澱、初沉池後期、生物膜法二沉池、活性污泥法二沉池初期等均屬絮凝沉澱。

3.擁擠沉澱。懸浮顆粒的濃度很高（大於500mg/L），在沉降過程中，產生顆粒互相干擾的現象，在清水與渾水之間形成明顯的交界面（混液面），並逐漸向下移動，因此又稱成層沉澱。活性污泥法二沉池的後期、濃縮池上部等均屬這種沉澱類型。

4.壓縮沉澱。懸浮顆粒濃度特高（以至於不再稱水中顆粒物濃度，而稱固體中的含水率），在沉降過程中，顆粒相互接觸，靠重力壓縮下層顆粒，使下層顆粒間隙中的液體被擠出界面上流，固體顆粒群被濃縮。活性污泥法二沉池污泥斗中、濃縮池中污泥的濃縮過程屬此類型。

濾過和乾燥

（一）沉澱的濾過

濾過是使沉澱和母液分開，與過量沉澱劑、共存組分或其他雜質分離，從而得到純淨的沉澱。

若後續處理需要灼燒的沉澱，用定量濾紙過濾，這種濾紙已用HCl和HF處理，大部分無機物已被除去，每張濾紙灼燒後殘留灰分小於0.2mg。根據沉澱的性質，選擇疏密程度不同的定量濾紙。①一般無定形沉澱，應選用疏鬆的快速濾紙；②粗粒的晶形沉澱，可選用較緊密的中速濾紙；③較細粒的晶形沉澱，應選用最緊密的慢速濾紙。若只需烘乾即可得到稱量形式的沉澱，常用玻璃砂芯坩堝或玻璃砂芯漏斗減壓抽濾，根據沉澱的性狀選擇不同型號濾器。

過濾時均採用“傾瀉法”。若沉澱的溶解度隨溫度變化不大，採用趁熱過濾更好。

（二）沉澱的洗滌

沉澱的洗滌是為了洗去沉澱表面吸附的雜質和混雜在沉澱中的母液。洗滌時選擇合適的洗液，可減少沉澱的溶解損失和避免形成膠體。選擇洗液的原則是：①溶解度小而不易形成膠體的沉澱可採用蒸餾水洗滌；②溶解度大的晶形沉澱可用稀沉澱劑（乾燥或灼燒可除去）溶液或沉澱的飽和溶液洗滌；③對於易膠溶的無定形沉澱，應選用易揮發的電解質稀溶液洗滌；④沉澱的溶解度隨溫度變化不大時，可用熱溶液洗滌。採用傾瀉法洗滌沉澱，洗滌過程遵循少量多次原則，洗滌乾淨與否可採用特效反應進行檢查。

（三）沉澱的乾燥或灼燒和恆重

為了除去沉澱中的水分和揮發性物質，以及使沉澱分解為組分恆定的稱量形式，沉澱需要乾燥或灼燒。乾燥是在110～120℃烘40～60分鐘，除去沉澱中的水分和揮發性物質得到沉澱的稱量形式。灼燒是在800℃以上，徹底去除水分和揮發性物質，並使沉澱分解為組成恆定的稱量形式。