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4.8:

Chemische Reaktionen in wässrigen Lösungen

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Chemistry
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Chemical Reactions in Aqueous Solutions

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Viele chemische Reaktionen geschehen in wässrigen Lösungen. Diese Reaktionen fallen in 3 Hauptkategorien:Präzipitation, Säure-Base, und Oxidation-Reduktion. In einer typischen Präzipitationsreaktion, kommen gelöste Kationen und und Anionen zusammen, um eine unlösliche ionische Verbindung zu bilden, die aus der Lösung ausfällt.Zum Beispiel führt die Reaktion zwischen wässrigem Kalium-chlorid und wässrigem Silbernitrat zur Präzipitation von unlöslichem Silberchlorid. In einer Säure-Base-Reaktion neutralisieren sich die Säure und die Base, z. B.wenn ein Proton einer Säure und ein OH-Ion einer Base reagieren, um Wasser zu bilden.Die Gegenionen reagieren typischerweise unter Bildung eines Salzes. Zum Beispiel, Bromwasserstoff reagiert mit Kaliumhydroxid, um Wasser und Kaliumbromid zu bilden. In einer Oxidations-Reduktions-oder Redox-Reaktion, werden Elektronen von einem Reaktanten auf einen anderen übertragen.Zum Beispiel, verliert ein Kaliumatom ein Elektron an ein Chloratom, wenn sie sich unter Bildung von Kaliumchlorid verbinden. Wenn eine chemische Reaktion in einer wässrigen Lösung stattfindet, wasserlösliche molekulare Feststoffe lösen sich als intakte Moleküle auf, wohingegen wasserlösliche ionische Feststoffe als einzelne Ionen vorkommen. Ionische Feststoffe, die wasserunlöslich sind, bleiben ungelöst.Beim Schreiben von Gleichungen für Reaktionen die in wässriger Lösung auftreten, muss die Art des gelösten Stoffes angegeben werden. Betrachten Sie die Präzipitationsreaktion zwischen wässrigem Blei(II)Nitrat und wässrigem Natriumiodid die zur Bildung von festem Blei-Jodid und wässrigem Natriumnitrat führt. Die ausgeglichene Gleichung wird Reaktionsgleichung genannt, weil die vollständigen neutralen Formeln der Verbindungen so geschrieben werden, als ob sie als Moleküle oder ganze Einheiten in der Lösung existieren.Wasserlösliche ionische Verbindungen wie Blei(II)nitrat, Natriumiodid und Natriumnitrat existieren als Ionen in Lösung, während wasserunlösliches Blei(II)iodid als ionischer Feststoff vorliegt. Die Reaktionsgleichung kann also in eine vollständige ionische Gleichung umgeschrieben werden, die lösliche ionische Spezies als freie Ionen in Lösung darstellt. Die Ionen, die in identischer Form auf beiden Seiten der vollständigen ionischen Gleichung auftreten, werden als Zuschauer-Ionen bezeichnet.Durch das ausgleichen von Zuschauer-Ionen bleibt die Netto-Reaktionsgleichung bestehen, die nur die Ionen und Moleküle enthält, die sich tatsächlich an der Reaktion beteiligen.

4.8:

Chemische Reaktionen in wässrigen Lösungen

Chemical substances interact in many different ways. Certain chemical reactions exhibit common patterns of reactivity. Due to the vast number of chemical reactions, it becomes necessary to classify them based on the observed patterns of interaction.

Water is a good solvent that can dissolve many substances. For this reason, many chemical reactions take place in water. Such reactions are called aqueous reactions. The three most common types of aqueous reactions are precipitation, acid-base, and oxidation-reduction.

Reactions in Aqueous Solutions 

A precipitation reaction involves the exchange of ions between ionic compounds in aqueous solution to form an insoluble salt or a precipitate. In an acid-base reaction, an acid reacts with a base, and the two neutralize each other, producing salt and water. An oxidation–reduction reaction involves the transfer of electrons between reacting species. The reactant that loses electrons is said to be oxidized, and the reactant that gains electrons is said to be reduced.

Equations for Aqueous Reactions 

When ions are involved, there are various ways of representing the reactions that take place in aqueous media, each with a different level of detail. To understand this, let us take an example of a precipitation reaction. The reaction is between aqueous solutions of ionic compounds, like BaCl2 and AgNO3. The products of the reaction are aqueous Ba(NO3)2 and solid AgCl. 

Eq1

This balanced equation is called a molecular equation. Molecular equations provide stoichiometric information to make quantitative calculations and also helps identify the reagents used and the products formed. However, molecular equations do not provide the details of the reaction process in solution; that is, it does not indicate the different ionic species that are present in solution. 

Ionic compounds such as BaCl2, AgNO3, and Ba(NO3)2 are water-soluble. They dissolve by dissociating into their constituent ions, and their ions are homogeneously dispersed in solution. 

Eq2

Eq3

Eq4

Since AgCl is an insoluble salt, it does not dissociate into ions and stays in solution as a solid. Considering the above factors, a more realistic representation of the reaction would be:  

Eq5

This is the complete ionic equation in which all dissolved ions are explicitly represented.  

This complete ionic equation indicates two chemical species that are present in identical form on both sides, Ba2+ (aq) and NO3− (aq). These are called spectator ions. The presence of these ions is required to maintain charge neutrality. Since they are neither chemically nor physically changed by the process, they may be eliminated from the equation. 

Eq6

Eq7

This equation can be further simplified to give: 

Eq8

This is the net ionic equation. It indicates that solid silver chloride may be produced from dissolved chloride and silver ions, regardless of the source of these ions.  

This text is adapted from OpenStax Chemistry 2e, Section 4.1: Writing and Balancing Chemical Equations.