降水（化学）

水溶液において、沈殿とは「液体溶液からの固体物質（沈殿物）の沈降」である。^{[1] [2]}形成された固体は沈殿物と呼ばれる。^[3]沈殿につながる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透明な液体は、上清または上澄みとも呼ばれます。

沈殿の概念は、化学の他の領域（有機化学や生化学）にも拡張でき、固体不純物が固相から 分離する固相（冶金や合金など）にも適用できます。

化合物の沈殿は、その濃度が溶解度を超えると発生することがあります。これは、温度変化、溶媒の蒸発、または溶媒の混合によって発生します。強い過飽和溶液では、沈殿がより急速に発生します。

沈殿物の形成は化学反応によって引き起こされることがあります。塩化バリウム溶液が硫酸と反応すると、硫酸バリウムの白い沈殿物が形成されます。ヨウ化カリウム溶液が硝酸鉛(II)溶液と反応すると、ヨウ化鉛(II)の黄色い沈殿物が形成されます。

沈殿物の形成は、塩に含まれる陽イオンの種類を検出するのに役立ちます。これを行うには、まずアルカリを未知の塩と反応させて、未知の塩の水酸化物である沈殿物を生成します。陽イオンを識別するには、沈殿物の色と過剰溶解度に注目します。同様のプロセスが連続して使用されることがよくあります。たとえば、硝酸バリウム溶液は硫酸イオンと反応して固体の硫酸バリウム沈殿物を形成し、硫酸イオンが存在する可能性が高いことを示します。

水溶液からの沈​​殿の一般的な例は塩化銀です。硝酸銀（AgNO _{3 ）を}塩化カリウム（KCl）溶液に加えると、白い固体（AgCl）の沈殿が観察されます。^{[5] [6]}

${\displaystyle {\ce {AgNO3 + KCl -> AgCl (v) + KNO3}}}$

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。

${\displaystyle {\ce {Ag+ + NO3^- + K+ + Cl^- -> AgCl (v) + K+ + NO3^-}}}$

ワルデン還元体は、化学原子価が低いために溶解度の低い化合物の沈殿を直接伴う 還元反応 の図解です。

${\displaystyle {\ce {Cu + 2 Ag+ -> Cu^2+ + 2 Ag}}}$

銅線を硝酸銀溶液に浸して得られる小さな銀結晶で作られたワルデン還元器は、酸化還元電位スケールで銀対(Ag ⁺ + 1 e ^- → Ag)より上に位置する金属イオンをより低い原子価に還元するために使用されます。

固体粒子を凝集させ、重力によって溶液から除去する（沈降）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、固体粒子は懸濁液のままでコロイドを形成します。沈降は高速遠心分離によって加速することができます。このようにして得られたコンパクトな塊は、「ペレット」と呼ばれることもあります。

分解、または沈殿物の熟成は、新しく形成された沈殿物を、通常は沈殿元の溶液中に高温で放置すると起こります。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。^{[7] [8]}

沈殿反応は顔料の製造、水処理における溶液からのイオンの除去、および古典的な定性無機分析に使用できますが、沈殿は、後処理および精製操作中に有機反応の生成物を分離するためにもよく使用されます。理想的には、反応の生成物は、反応に使用された溶媒に不溶性です。したがって、生成物は形成されると沈殿し、できれば純粋な結晶を形成します。この例としては、還流プロピオン酸でのポルフィリンの合成が挙げられます。反応混合物を室温まで冷却すると、ポルフィリンの結晶が沈殿し、次の写真に示すように、ブフナーフィルターで濾過して収集されます。^[9]

沈殿は、アンチ溶媒（生成物が溶けない溶媒）を加えた場合にも発生する可能性があり、目的の生成物の溶解度が大幅に低下します。その後、沈殿はデカンテーション、濾過、または遠心分離によって簡単に分離できます。一例として、Cr ³⁺テトラフェニルポルフィリンクロリドの合成があります。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。 ^[10]沈殿は他の多くの生成物の精製に役立ちます。たとえば、粗bmim -Clをアセトニトリルに溶解し、酢酸エチルに落とすと沈殿します。^[11]

タンパク質の精製と分離は、溶媒の性質や比誘電率の値を変える（例えば、水をエタノールに置き換える）ことで沈殿させるか、溶液のイオン強度を高めることで行うことができます。タンパク質は、その特定の折り畳みとさまざまな弱い分子間相互作用（例えば、水素結合）のために複雑な三次構造と四次構造を持っているため、これらの上部構造を変更してタンパク質を変性させ、沈殿させることができます。抗溶媒のもう1つの重要な用途は、DNAのエタノール沈殿です。

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の溶解度限界を超え 、温度が十分に高ければ拡散によって沈殿物への分離が起こる場合に沈殿が起こります。固体中の沈殿は、ナノクラスターの合成に日常的に使用されています。^[12]

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内のジルコニウム水素化物などの金属合金におけるセラミック相の析出も、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正しく把握することは、被覆管の損傷を防ぎ、乾式貯蔵容器内および地層処分条件で使用済み燃料要素の完全性を長期にわたって維持するために不可欠です。

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）を加えることで金属水酸化物が生成されます。

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。

• 共沈
• 泡立ち、「上向き矢印」
• 降水のない地域
• 塩漬け
• 塩析

• ズムダール、スティーブン S. (2005)。化学原理(第 5 版)。ニューヨーク: ホートン ミフリン。ISBN 0-618-37206-7。

ウィキメディア・コモンズには、固体沈殿に関連するメディアがあります。

• 特定の陽イオンの沈殿反応
• 消化器具
• 沈殿反応におけるパターン形成に関する論文