金属离子的水解-絮凝-沉淀是一个复杂的过程,其中会产生多种单体与聚合体,沉淀产物也会根据反应条件的不同而有所区别。这里以铝离子和铁离子为例进行简单介绍:
铝离子的水解-絮凝-沉淀
对于Al(Ⅲ)的水解产物,除 $\ce{Al^3+}$ 、 $\ce{Al(OH)^2+}$ 、$\ce{Al(OH)_2^+}$ 、$\ce{Al(OH)_4^-}$ 等单体外,还存在$\ce{Al_2(OH)_5^+}$ 、 $\ce{Al_3(OH)_4^5+}$ 等多种聚合形态。
铝离子的水解过程
Al(Ⅲ)的水解过程如下:
$$
\ce{
Al^{3+} + H_2O/OH^-
<=>
\begin{matrix}
\ce{Al(OH)^{2+}}
\\
\ce{Al(OH)_2^{+}}
\\
\ce{Al(OH)_4^{-}}
\end{matrix}
<=>
Al_X(OH)_Y^{(3X-Y)+}
->
Al_XO_Z(OH)_Y^{(3X-Y-2Z)+}
->
Al(OH)_3 (v) (无定形)
}
$$
其中$X、Y、Z$与铝离子和氢氧根浓度之比,即$\ce{[Al^3+]/[OH^-]}$有关
由上图,其中前几个步骤均为可逆反应,所以在絮凝初期溶液中会存在一定数量的$\ce{Al^3+}$。
类比可得,使用新制氢氧化铜悬浊液检测醛基的原理与斐林试剂、班氏试剂类似,均是依靠其中碱性环境下的$\ce{Cu^2+}$。
铝离子水解的聚合体
在水解过程中,尤其是碱性较强时,溶液中会产生多种Al(Ⅲ)的聚集体,其中一种典型的就是聚十三铝$\ce{Al_12AlO_4(OH)_24^{7+}}$
其结构由中心的铝氧四面体和外围的$\ce{Al^{3+}-OH^-}$八面体结构组成。
$$
\ce{
\underset{中心四面体}{Al(OH)_4^{-}}
+
\underset{八面体结构单元}{12Al(OH)_2^{+}}
->
\underset{聚十三铝}{Al_12AlO_4(OH)_24^{7+}}
->
\underset{聚合体}{nAl_13}
}
$$
铁离子的水解-絮凝-沉淀
Fe(Ⅲ)的水解过程与Al(Ⅲ)类似,但铁离子的絮凝产物存在不同的晶型,因此结果更为复杂:
$$
\ce{
Fe^{3+} + H_2O/OH^-
<=>
\begin{matrix}
\ce{Fe(OH)^{2+}}
\\
\ce{Fe(OH)_2^{+}}
\\
\ce{Fe(OH)_4^{-}}
\end{matrix}
<=>
\begin{cases}
{\gamma-FeOOH} (v) + Fe(OH)_3 (无定形) (v)
\\
\\
\\
Fe_X(OH)_Y^{(3X-Y)+} -> Fe_XO_Z(OH)_Y^{(3X-Y-2Z)+} -> {\alpha-FeOOH} (v) + Fe(OH)_3 (v) (无定形)
\end{cases}
}
$$
--- 本文结束 The End ---