4.9: 침전 반응

침전 반응에서는 수용성 염의 수용액이 반응하여 불용성 이온 화합물, 즉 침전물을 생성합니다. 이 반응은 용액 속의 반대 전하를 띤 이온이 물에 대한 인력을 극복하고 서로 결합하여 용액에서 분리되는 침전물을 형성할 때 발생합니다. 이러한 반응은 수용액에서 이온성 화합물 사이의 이온 교환을 포함하므로 이중 치환, 이중 치환, 교환 반응 또는 복분해 반응이라고도 합니다(그리스어로 “전치하다”). 침전 반응은 화합물에서 금속 이온을 식별하기 위한 분석 기술과 물질의 조성을 결정하기 위한 중량 측정 방법으로 사용됩니다.

물질이 물이나 용매에 용해될 수 있는 정도는 특정 조건에서 달성할 수 있는 물질의 최대 농도로 정의되는 용해도로 정량적으로 표현됩니다. 상대적으로 큰 용해도를 갖는 물질을 용해성이라고 합니다. 농도가 용해도를 초과하는 용액 조건에서는 물질이 침전됩니다. 상대적으로 낮은 용해도를 갖는 물질은 불용성이라고 하며, 이는 용액에서 쉽게 침전되는 물질입니다.

예를 들어, 요오드화칼륨과 질산납 용액을 혼합하면 침전이 관찰되어 고체 요오드화납이 형성됩니다.

이 관찰은 용해도 지침과 일치합니다. 관련된 모든 것 중에서 유일한 불용성 화합물은 요오드화물염의 일반적인 용해도에 대한 예외 중 하나인 요오드화납입니다.

이 반응을 나타내는 순 이온 방정식은 다음과 같습니다.

용해도 지침은 가용성 이온 화합물의 용액이 함께 혼합될 때 침전 반응이 일어날지 여부를 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 용액에 존재하는 모든 이온을 확인하고 가능한 경우 양이온-음이온 쌍이 불용성 화합물을 생성할 수 있는지 고려하면 됩니다.

예를 들어, 질산은과 불화나트륨의 혼합 용액은 Ag^+, NO_3^-, Na^+ 및 F^- 이온을 포함하는 용액을 생성합니다. 용액에 원래 존재하는 두 가지 이온 화합물인 AgNO_3 및 NaF 외에도 두 가지 추가 이온 화합물이 이 이온 모음에서 파생될 수 있습니다: NaNO_3 및 AgF. 용해도 지침은 모든 질산염이 용해 가능하지만 AgF는 불소염의 일반적인 용해도에 대한 예외 중 하나임을 나타냅니다. 따라서 다음 방정식으로 설명되는 것처럼 침전 반응이 발생할 것으로 예측됩니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다OpenStax Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.

이온 결정은 수용성일수도 있고 불수용성일 수도 있습니다. 수용성 이온 결정은 분해 또는 분리되어 이온으로 용해됩니다. 그런 다음 물 분자가 분리된 이온을 둘러싸서 수용액을 형성합니다.

불수용성 이온 결정은 수용액에서 분해되거나 분리되지 않은 상태로 유지됩니다. 두 개의 서로 다른 이온 화합물이 혼합된 수용액이 화학 반응을 일으켜 침전물이라고 불리는 불용성 이온 결정을 생성하는 경우 그것은 침전 반응입니다. 침전물은 용해되지 않은 상태로 남아있으며 여과를 통해 용액으로부터 분리될 수 있습니다.

염화나트륨과 질산은은 수용성 이온 화합물입니다. 염화 나트륨 수용액에는 나트륨 이온과 염소 이온이 분리되어 있습니다. 마찬가지로, 질산은 수용액에는 분리된 은 이온과 질산 이온이 들어 있습니다.

두 용액을 혼합하면 용액에는 네 개의 이온 즉 나트륨 양이온과 은 양이온, 그리고 염소 음이온과 질산 음이온을 모두 포함합니다. 반대 전하를 가진 이온들은 서로 끌어당기기 때문에 각 반응물의 양이온은 다른 반응물의 음이온과 결합하여 새로운 이온 생성물을 형성할 수 있습니다. 따라서 나트륨 양이온은 질산염 음이온과 결합하여 질산나트륨을 생성하고 은 양이온은 염화 음이온과 결합하여 염화은을 생성합니다.

용해도 규칙을 참고하면 이온 생성물이 수용성인지 아니면 불수용성인지를 판단할 수 있습니다. 이 지침에 따르면 모든 질산염은 예외 없이 수용성입니다. 대부분의 염화물 염이 수용성이지만 염화은은 예외입니다.

따라서 질산나트륨은 용해성 염으로 용액 속에 나트륨 이온과 질산 이온으로 존재하지만 염화은은 용액에서 침전되는 불용해성 염입니다. 이 침전 반응에 대한 분자 방정식을 보면 염화나트륨 수용액과 질산은 수용액이 반응하여 수성 질산나트륨과 고체 염화은을 생성한다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 이중 치환 반응이라고도 불리는 염분 복분해 반응의 예입니다.

염분 복분해는 두 개의 이온 반응물의 양이온과 음이온이 서로 교환하여 두 개의 새로운 이온 생성물을 형성하는 화학적 과정입니다. 이 반응에서 나트륨 양이온과 은 양이온은 짝을 바꾸어 각각 질산 음이온과 염화 음이온과 짝을 이뤄 질산나트륨과 염화은을 생성합니다.