4.9: Reakcje opadów

W reakcji strącania wodne roztwory rozpuszczalnych soli reagują, dając nierozpuszczalny związek jonowy – osad. Reakcja zachodzi, gdy przeciwnie naładowane jony w roztworze pokonują przyciąganie wody i wiążą się ze sobą, tworząc osad, który oddziela się od roztworu. Ponieważ takie reakcje obejmują wymianę jonów pomiędzy związkami jonowymi w roztworze wodnym, określa się je również jako reakcje podwójnego wypierania, podwójnej wymiany, reakcje wymiany lub reakcje metatezy (z greckiego „transpozycja”). Reakcję wytrącania stosuje się jako technikę analityczną do identyfikacji jonów metali w związku oraz metody grawimetryczne do określania składu materii.

Stopień, w jakim substancja może zostać rozpuszczona w wodzie lub dowolnym rozpuszczalniku, wyraża się ilościowo jako jej rozpuszczalność, definiowaną jako maksymalne stężenie substancji, które można osiągnąć w określonych warunkach. Substancje o stosunkowo dużej rozpuszczalności uważa się za rozpuszczalne. Substancja wytrąci się, gdy warunki roztworu będą takie, że jej stężenie będzie wyższe niż rozpuszczalność. Substancje o stosunkowo niskiej rozpuszczalności uważa się za nierozpuszczalne i są to substancje, które łatwo wytrącają się z roztworu.

Na przykład wytrącanie obserwuje się po zmieszaniu roztworów jodku potasu i azotanu ołowiu, w wyniku czego powstaje stały jodek ołowiu:

Ta obserwacja jest zgodna z wytycznymi dotyczącymi rozpuszczalności: jedynym nierozpuszczalnym związkiem spośród wszystkich biorących udział w reakcji jest jodek ołowiu, będący jednym z wyjątków od ogólnej rozpuszczalności soli jodkowych.

Równanie jonowe netto reprezentujące tę reakcję to:

Wytyczne dotyczące rozpuszczalności można wykorzystać do przewidywania, czy po zmieszaniu roztworów rozpuszczalnych związków jonowych nastąpi reakcja wytrącania. Należy jedynie zidentyfikować wszystkie jony obecne w roztworze, a następnie rozważyć, czy możliwe parowanie kation-anion mogłoby skutkować powstaniem nierozpuszczalnego związku.

Na przykład zmieszanie roztworów azotanu srebra i fluorku sodu da roztwór zawierający jony Ag+, NO3-, Na+ i F-. Oprócz dwóch związków jonowych pierwotnie obecnych w roztworach, AgNO3 i NaF, z tego zbioru jonów można wyprowadzić dwa dodatkowe związki jonowe: NaNO3 i AgF. Wytyczne dotyczące rozpuszczalności wskazują, że wszystkie sole azotanowe są rozpuszczalne, ale AgF jest jednym z wyjątków od ogólnej rozpuszczalności soli fluorkowych. Dlatego przewiduje się, że nastąpi reakcja wytrącania, co opisano następującymi równaniami:

Jonowe ciała stałe mogą być rozpuszczalne w wodzie lub nierozpuszczalne w wodzie. Rozpuszczalne w wodzie jonowe ciała stałe rozpuszczają się przez rozpad - lub dysocjację - na jony. Cząsteczki wody następnie otaczają zdysocjowane jony, tworząc roztwór wodny. Nierozpuszczalne w wodzie jonowe ciała stałe pozostają nierozpuszczone lub niezdysocjowane w roztworach wodnych. 

Jeśli zmieszanie wodnych roztworów dwóch różnych związków jonowych powoduje reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje nierozpuszczalne jonowe ciało stałe - zwane osadem - jest to reakcja wytrącania. Osad pozostaje nierozpuszczony i może być oddzielony od roztworu przez filtrację. 

Chlorek sodu i azotan srebra są rozpuszczalnymi w wodzie związkami jonowymi.  Wodny roztwór chlorku sodu zawiera jony sodu i jony chlorkowe w ich zdysocjowanych postaciach. Podobnie wodny roztwór azotanu srebra zawiera zdysocjowane jony srebra i jony azotanowe.  

Po zmieszaniu dwóch roztworów otrzymany roztwór zawiera wszystkie cztery jony: kationy sodu i srebra, a także aniony chlorkowe i azotanowe.  

Ponieważ przeciwnie naładowane jony są przyciągane do siebie, kation z każdego reagenta może łączyć się z anionem z drugiego reagenta, tworząc nowe produkty jonowe. Tak więc kationy sodu łączą się z anionami azotanowymi, tworząc azotan sodu, a kationy srebra łączą się z anionami chlorkowymi, tworząc chlorek srebra. 

Odniesienie się do zasad rozpuszczalności pozwala nam określić, czy produkty jonowe są rozpuszczalne w wodzie, czy nierozpuszczalne w wodzie. Zgodnie z tym przewodnikiem wszystkie sole azotanowe są bez wyjątku rozpuszczalne w wodzie. Większość soli chlorkowych jest rozpuszczalna w wodzie, ale sól srebra jest wyjątkiem.  

Dlatego azotan sodu jest rozpuszczalną solą, która pozostaje w roztworze w postaci rozpuszczonych jonów sodu i jonów azotanowych, podczas gdy chlorek srebra jest nierozpuszczalną solą, która wytrąca się z roztworu.   

Równanie molekularne dla tej reakcji wytrącania sugeruje, że wodny roztwór chlorku sodu reaguje z wodnym roztworem azotanu srebra, tworząc wodny azotan sodu i stały chlorek srebra.  

Jest to przykład reakcji metatezy soli, która jest również nazywana reakcją podwójnego przemieszczenia. Metateza soli to proces chemiczny, w którym jony dodatnie i ujemne dwóch reagentów jonowych wymieniają partnerów, tworząc dwa nowe produkty jonowe.

W tej reakcji kationy sodu i srebra wymieniają partnerów — łącząc się odpowiednio z anionami azotanowymi i chlorkowymi — tworząc azotan sodu i chlorek srebra.