4.9: Niederschlagsreaktionen

Bei einer Fällungsreaktion reagieren wässrige Lösungen löslicher Salze zu einer unlöslichen ionischen Verbindung – dem Niederschlag. Die Reaktion findet statt, wenn entgegengesetzt geladene Ionen in einer Lösung ihre Anziehungskraft auf Wasser überwinden und sich aneinander binden, wodurch ein Niederschlag entsteht, der sich aus der Lösung abscheidet. Da es bei solchen Reaktionen um den Austausch von Ionen zwischen ionischen Verbindungen in wässriger Lösung geht, werden sie auch als Doppelverdrängungs-, Doppelaustausch-, Austauschreaktionen oder Metathesereaktionen (griechisch für „umsetzen“) bezeichnet. Eine Fällungsreaktion dient als Analysetechnik zur Identifizierung von Metallionen in einer Verbindung und gravimetrische Methoden zur Bestimmung der Zusammensetzung von Stoffen.

Das Ausmaß, in dem ein Stoff in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel gelöst werden kann, wird quantitativ als seine Löslichkeit ausgedrückt, definiert als die maximale Konzentration eines Stoffes, die unter bestimmten Bedingungen erreicht werden kann. Stoffe mit relativ großer Löslichkeit werden als löslich bezeichnet. Ein Stoff fällt aus, wenn die Lösungsbedingungen so sind, dass seine Konzentration seine Löslichkeit übersteigt. Stoffe mit relativ geringer Löslichkeit gelten als unlöslich, und das sind Stoffe, die leicht aus der Lösung ausfallen.

Beispielsweise wird beim Mischen von Lösungen von Kaliumjodid und Bleinitrat eine Ausfällung beobachtet, die zur Bildung von festem Bleijodid führt:

Diese Beobachtung steht im Einklang mit den Löslichkeitsrichtlinien: Die einzige unlösliche Verbindung unter allen Beteiligten ist Bleijodid, eine der Ausnahmen von der allgemeinen Löslichkeit von Jodidsalzen.

Die Nettoionengleichung, die diese Reaktion darstellt, lautet:

Die Löslichkeitsrichtlinien können verwendet werden, um vorherzusagen, ob eine Fällungsreaktion auftritt, wenn Lösungen löslicher ionischer Verbindungen miteinander vermischt werden. Man muss lediglich alle in der Lösung vorhandenen Ionen identifizieren und dann überlegen, ob eine Kation-Anion-Paarung möglicherweise zu einer unlöslichen Verbindung führen könnte.

Beispielsweise ergibt das Mischen von Lösungen aus Silbernitrat und Natriumfluorid eine Lösung, die Ag⁺, NO₃⁻, Na⁺ und F⁻Ionen enthält. Neben den beiden ursprünglich in den Lösungen vorhandenen ionischen Verbindungen AgNO₃ und NaF können aus dieser Ionensammlung zwei weitere ionische Verbindungen abgeleitet werden: NaNO₃ und AgF. Die Löslichkeitsrichtlinien geben an, dass alle Nitratsalze löslich sind, AgF jedoch eine der Ausnahmen von der allgemeinen Löslichkeit von Fluoridsalzen darstellt. Es wird daher vorhergesagt, dass eine Niederschlagsreaktion auftritt, die durch die folgenden Gleichungen beschrieben wird:

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Ionische Feststoffe können wasserlöslich oder wasserunlöslich sein. Wasserlösliche ionische Feststoffe lösen sich durch Trennung oder Dissoziation in Ionen auf. Wassermoleküle umgeben dann die dissoziierten Ionen und bilden eine wässrige Lösung.

Wasserunlösliche ionische Feststoffe bleiben in wässrigen Lösungen ungelöst oder undissoziiert. Wenn wässrige Lösungen von zwei verschiedenen ionischen Verbindungen gemischt werden, führt das zu einer chemischen Reaktion, die einen unlöslichen ionischen Feststoff die Präzipitation generiert. Es handelt sich um eine Fällungsreaktion.

Das Präzipitat bleibt ungelöst und kann durch Filtration von der Lösung getrennt werden. Natriumchlorid und Silbernitrat sind wasserlösliche ionische Verbindungen. Eine wässrige Lösung von Natriumchlorid enthält Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen in ihren dissoziierten Formen.

Ähnlich, enthält eine wässrige Lösung von Silbernitrat dissoziierte Silber-und Nitrat-Ionen. Wenn die beiden Lösungen vermischt werden, enthält die resultierende Lösung alle vier Ionen:die Natrium-und Silber-Kationen sowie die Chlorid-und Nitrat-Anionen. Da entgegengesetzt geladene Ionen von einander angezogen werden, kann das Kation aus jedem Reaktanten sich mit dem Anion des anderen Reaktanten paaren, um neue ionische Produkte zu bilden.

So paaren sich Natrium-Kationen mit Nitrat-Anionen, zur Bildung von Natriumnitrat, und die Silber-Kationen paaren sich mit den Chlorid-Anionen, um Silberchlorid zu bilden. In Bezug auf die Löslichkeitsregeln ist es uns erlaubt zu bestimmen, ob die Ionenprodukte wasserlöslich oder wasserunlöslich sind. Nach diesem Leitfaden sind alle Nitratsalze ausnahmslos wasserlöslich.

Die meisten Chloridsalze sind wasserlöslich, aber das Silberchlorid ist eine Ausnahme. Daher ist Natriumnitrat ein lösliches Salz, das als gelöste Natrium-Ionen und Nitrat-Ionen in der Lösung verbleibt, während Silberchlorid, ein unlösliches Salz, aus der Lösung ausfällt. Die Reaktionsgleichung für diese Fällungsreaktion legt nahe, dass wässriges Natriumchlorid mit wässrigem Silbernitrat reagiert, um wässriges Natriumnitrat und festes Silberchlorid zu bilden.

Dies ist ein Beispiel für eine Salzmetathese, die auch als Doppele Umsetzung bezeichnet wird. Salzmetathese ist eine chemische Reaktion in dem die positiven und negativen Ionen zweier Salze wechselseitig ausgetauscht werden, um zwei neue ionische Produkte zu bilden. Bei dieser Reaktion tauschen Natrium-und Silberkationen Partner durch Paarung mit Nitrat-und Chlorid-Anionen aus, um Natriumnitrat bzw.

Silberchlorid zu bilden.