16.13: Ausfällung von Ionen

Vorhersage von Niederschlag

Die Gleichung, die das Gleichgewicht zwischen festem Calciumcarbonat und seinen solvatisierten Ionen beschreibt, lautet:

Es ist wichtig zu wissen, dass dieses Gleichgewicht in jeder wässrigen Lösung hergestellt wird, die Ca2⁺– und CO₃^2-Ionen enthält, und nicht nur in einer Lösung, die durch Sättigung von Wasser mit Kalziumkarbonat gebildet wird. Denken Sie zum Beispiel an das Mischen von wässrigen Lösungen der löslichen Verbindungen Natriumcarbonat und Calciumnitrat. Wenn die Konzentrationen von Calcium- und Karbonationen in dem Gemisch keinen Reaktionsquotienten Q ergeben, der das Löslichkeitsprodukt K_sp übersteigt, dann tritt keine Ausfällung auf. Wenn die Ionenkonzentrationen einen Reaktionsquotienten ergeben, der größer ist als das Löslichkeitsprodukt, dann kommt es zu einer Ausfällung, die diese Konzentrationen senkt, bis ein Gleichgewicht hergestellt ist (Q = K_sp). Der Vergleich von Q mit K_sp zur Vorhersage von Niederschlag ist ein Beispiel für den allgemeinen Ansatz zur Vorhersage der Richtung einer Reaktion. Für den speziellen Fall von Löslichkeitsgleichgewichten:

Q < K_sp: Die Reaktion verläuft in Vorwärtsrichtung (Lösung ist nicht gesättigt; keine Ausfällung beobachtet)

Q > K_sp: Die Reaktion verläuft in umgekehrter Richtung (die Lösung ist übersättigt, es kommt zu einer Ausfällung)

In Lösungen, die zwei oder mehr Ionen enthalten, die mit demselben Gegenion unlösliche Verbindungen bilden können, kann eine experimentelle Strategie, die als selektive Fällung bezeichnet wird, verwendet werden, um einzelne Ionen aus der Lösung zu entfernen. Durch kontrolliertes Erhöhen der Gegenionenkonzentration können Ionen in Lösung einzeln ausgefällt werden, vorausgesetzt, ihre Verbindungslöslichkeiten sind ausreichend unterschiedlich. In Lösungen mit gleichen Konzentrationen von Zielionen fällt das Ion, das die am wenigsten lösliche Verbindung bildet, zuerst aus (bei der niedrigsten Konzentration von Gegenionen). Die anderen Ionen fallen anschließend aus, wenn die Löslichkeiten ihrer Verbindung erreicht sind.

Ausfällung von Silberhalogeniden

Eine Lösung enthält 0,00010 mol KBr und 0,10 mol KCl pro Liter. AgNO₃ wird dieser Lösung nach und nach zugesetzt. Was bildet zuerst, festes AgBr oder festes AgCl?

Die beiden beteiligten Gleichgewichte sind:

Wenn die Lösung etwa gleiche Konzentrationen von Cl^– und Br^– enthält, dann würde zuerst das Silbersalz mit dem kleineren K_sp (AgBr) ausfallen. Die Konzentrationen sind jedoch nicht gleich, so dass das [Ag⁺], bei dem AgCl zu fallen beginnt, und das [Ag⁺], bei dem AgBr zu fallen beginnt, berechnet werden müssen. Das Salz, das sich am unteren [Ag⁺] bildet, fällt zuerst aus.

AgBr fällt aus, wenn Q = K_sp für AgBr

AgBr beginnt zu fallen, wenn [Ag⁺] 5,0 × 10⁻⁹ M beträgt.

Für AgCl:

AgCl fällt aus, wenn Q gleich Ksp für AgCl ist (1,6 × ^10-10). Wenn [cl^–] = 0,10 m:

AgCl beginnt zu fallen, wenn [Ag⁺] 1,6 × ^10-9 M beträgt.

AgCl beginnt mit einem niedrigeren [Ag⁺] als AgBr auszufällen, so dass AgCl zuerst zu fallen beginnt. Beachten Sie, dass die Chloridionenkonzentration der ursprünglichen Mischung signifikant höher war als die Bromidionenkonzentration, und daher fiel Silberchlorid zuerst aus, obwohl es einen _K-sp hatte, der größer war als der von Silberbromid.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Kapitel 15.1: Ausfällung und Auflösung.