硫酸鋇的溶解

這是一篇鴿了大約一年的實驗反思。。。

我是某個已經畢業了的上上屆副社長，當時我們做了一個主題實驗展示，名曰難溶物的溶解。

當時展示了對于三種難溶物的溶解：硫酸鈣，氯化銀，硫酸鋇

溶解硫酸鈣的思想是沉淀轉化：向硫酸鈣懸濁液中加入碳酸鈉，是硫酸鈣轉化為碳酸鈣，然后加酸溶解。這個實驗除了比較慢以外幾乎沒什么問題，加入碳酸鈉后等一陣子加鹽酸，溶液就澄清了。

氯化銀是配成經典的銀氨溶液，氨分子絡合銀離子，降低游離銀離子濃度，拖動溶解沉淀平衡。這個實驗見效最快，基本上氨水加下去，攪拌攪拌濁液就澄清了。

最后問題出在了硫酸鋇的溶解上。當時我們的思路還是通過絡合溶解，然后選擇了我們印象中（通常情況下）最強的常用絡合劑：EDTA-乙二胺四乙酸，當然用的是它的二鈉鹽。當時我們也沒太用過EDTA，就想嘗試一下這新鮮玩意。

實驗操作還是很簡單的，主要就是把EDTA配成溶液，然后把硫酸鋇粉末加進去，攪拌看看能不能溶解。當時遇到的第一個問題就是EDTA二鈉不好溶，我們準備用1克EDTA二鈉配成100ml的溶液。其實按照25攝氏度下100ml溶11.1克EDTA二鈉其實也沒問題，但可能當時冬天天氣冷，愣是溶得慢。實驗展示的時間只有一個中午，大約40分鐘，要展示這三個實驗容不得EDTA二鈉慢慢溶。最后我們就說加點氫氧化鈉，配成EDTA四鈉，25攝氏度100ml溶40.8克，怎么也得溶了吧。加下去確實有效，EDTA四鈉溶得干干凈凈（其實很可能是氫氧化鈉溶解和酸堿反應放熱，溶得就快一些）。

然后就是加0.5克硫酸鋇粉末，靜觀其變即可。。。嗎？現實確實超出了我們預料，問題出在實驗室提供的硫酸鋇粉末是超細的，丟掉溶液里面。。。漂浮在水面上。怎么攪拌也不沉下去，最后就只能看著溶液表面結一層“白霜”，玻璃棒都攪不開。

然后下面是本文真正的主要內容，就是這個失敗實驗的反思。其實現在想來，當時做這個實驗太過于魯莽，很多東西都沒想清楚，就想著EDTAnb！就覺得溶解硫酸鋇問題不大。最后失敗也是正常的結果。但是失敗的原因和應有的改進，我似乎真的鴿了快一年。。。

首先是那么多EDTA根本溶不掉多少硫酸鋇。[BaEDTA](2-)的lgKs是7.68，硫酸鋇的Ksp是1.1*10^(-10)，1克EDTA加下去溶0.5克硫酸鋇：

[BaEDTA2-]/[Ba2+][EDTA4-]=10^7.68

[Ba2+][SO42-]=1.1*10^(-10)

解出來（經過各種近似）溶掉的硫酸鋇大約是0.012mol/L，也就是0.28克左右：56%的溶解率。就算真的溶掉這一半多，對于一個濁液也看不出什么名堂。。。更何況，這粉末是飄著的：上圖是一個通過表面張力漂浮的小球，可以看出超細粉末和溶液的接觸面積很小，所以EDTA的絡合速率就更慢了，所以當時時間緊迫，沒看出什么明顯的現象。。。

那么怎么改進呢？首先需要形成更多的絡離子。那么要不加入更多的EDTA，要不可以換試劑：

如果我們以90%的溶解率作為一個小目標，首先看EDTA需要多少：

解出來大概是0.089mol/L的EDTA，也就是2.19克。說明1克的EDTA還是太少了，用兩倍以上的量在理想狀況下能溶得差不多。

然后是換絡合劑，其實EDTA已經是非常強的絡合劑了，而且鋇是堿土金屬，像氰（學校實驗室肯定沒有啦），氨這些絡合劑對過渡金屬絡合效果好，和鋇基本上不絡合。。。然而我查到了一個更厲害的：穴醚C[222]，這玩意的絡合穩定常數：

是真的高。。。

如果我們用99%作為小目標，參照9.45的水中環境的數值，解出來需要穴醚：0.023mol/L，帶入376的分子量，也就是0.86克，確實比EDTA還要少得多。

關于漂浮的問題，其實不用超細硫酸鋇就好，但是根據阿拉丁報價，學?？赡苷娴木唾I了最便宜的超細硫酸鋇。。。畢竟硫酸鋇作為反應物平常的實驗中并不多，學校似乎真沒有”不超細硫酸鋇“。。。

解決辦法其實也很簡單，現配就好：”堿片-重量法測定硫酸鹽化速率，滴加10%氯化鋇溶液生成硫酸鋇時，應當快攪拌慢滴加，以得到顆粒粗大的沉淀“快速攪拌減少凝結核形成，有利于聚成大顆粒。

總結的話，我們當時確實低估了這個實驗的難度，對于配比沒有進行查證和計算，也忽視了超細粉末會漂浮之類的細節，算是給以后的一個教訓了~

最后提一點，硫酸鋇可以溶于熱濃硫酸，相當于把硫酸根轉化為硫酸氫根，拖動溶解沉淀平衡。當然這就不是原先的絡合溶解思想了，實驗也較為危險。