Back to chapter

16.13:

Neerslag van Ionen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Precipitation of Ions

Languages

Share

Als de oplossingen van twee ionische verbindingen worden gemengd, zoals natriumjodide en lood(II)nitraat, kunnen de kationen van de ene oplossing worden gecombineerd met de anionen van de andere. Omdat een van de kruisproducten natriumnitraat in water oplosbaar is, blijven natrium-en nitraationen in oplossing, terwijl lood-en jodide-ionen een loodjodideneerslag vormen. Het reactiequotiënt, Q, van de oplossingsreactie is gelijk aan het product van de concentraties lood-en jodide-ionen.In tegenstelling tot het oplosbaarheidsproduct Ksp, omvat het reactiequotiënt ionconcentraties in elk stadium, niet alleen bij evenwicht. De waarden van Q en Ksp kunnen worden vergeleken om te voorspellen of er een neerslagreactie zal optreden. Overweeg een druppelsgewijze toevoeging van natriumjodide-oplossing aan de loodnitraatoplossing.In het begin is Q kleiner dan Ksp, en zowel lood-als jodide-ionen zijn in oplossing met de natrium-en nitraationen. Dit is een onverzadigde oplossing. Naarmate er meer natriumjodide wordt toegevoegd, blijft de concentratie van jodide-ionen toenemen.De reactie heeft een evenwicht bereikt wanneer Q gelijk is aan Ksp. In dit stadium is een kleine hoeveelheid vast loodjodide in dynamisch evenwicht met de ionen, waardoor een verzadigde oplossing wordt gevormd. Verdere toevoeging van natriumjodide maakt Q groter dan Ksp, en de reactie verschuift naar de neerslag.Dit is een oververzadigde oplossing, waarbij het neerslaan doorgaat totdat de ionenconcentraties zijn verlaagd tot hun evenwichtswaarden. Stel dat het mengen van natriumjodide en lood(II)nitraatoplossingen resulteert in een oplossing die 1, 6 10⁻⁴ molaire loodionen en 4, 0 10⁻⁴ molaire jodide-ionen bevat. Hier is Q gelijk aan 2, 6 10⁻¹¹, terwijl Ksp voor loodjodide 1, 4 10⁻⁸ is.Omdat Q kleiner is dan Ksp, zal loodjodide niet neerslaan. Het voorspellen van neerslagreacties kan erg nuttig zijn tijdens de scheiding van ionaire verbindingen. Overweeg een oplossing met twee metaalionen:lood(II)en koper(II)Als aan deze oplossing zoutzuur wordt toegevoegd, slaat lood(II)chloride neer omdat het een kleine Ksp heeft, terwijl koper in oplossing blijft omdat koper(II)chloride zeer goed oplosbaar is in water.Deze techniek wordt selectieve neerslag genoemd.

16.13:

Neerslag van Ionen

Predicting Precipitation

The equation that describes the equilibrium between solid calcium carbonate and its solvated ions is:

Eq1

It is important to realize that this equilibrium is established in any aqueous solution containing Ca2+ and CO32– ions, not just in a solution formed by saturating water with calcium carbonate. Consider, for example, mixing aqueous solutions of the soluble compounds sodium carbonate and calcium nitrate. If the concentrations of calcium and carbonate ions in the mixture do not yield a reaction quotient, Q, that exceeds the solubility product, Ksp, then no precipitation will occur. If the ion concentrations yield a reaction quotient greater than the solubility product, then precipitation will occur, lowering those concentrations until equilibrium is established (Q = Ksp). The comparison of Q to Ksp to predict precipitation is an example of the general approach to predicting the direction of a reaction. For the specific case of solubility equilibria:

Q < Ksp: the reaction proceeds in the forward direction (solution is not saturated; no precipitation observed)

Q > Ksp: the reaction proceeds in the reverse direction (solution is supersaturated; precipitation will occur)

In solutions containing two or more ions that may form insoluble compounds with the same counter ion, an experimental strategy called selective precipitation may be used to remove individual ions from the solution. By increasing the counter ion concentration in a controlled manner, ions in solution may be precipitated individually, assuming their compound solubilities are adequately different. In solutions with equal concentrations of target ions, the ion forming the least soluble compound will precipitate first (at the lowest concentration of counter ion). The other ions subsequently precipitate as their compound’s solubilities are reached.

Precipitation of Silver Halides

A solution contains 0.00010 mol of KBr and 0.10 mol of KCl per liter. AgNO3 is gradually added to this solution. Which forms first, solid AgBr or solid AgCl?

The two equilibria involved are:

Eq2

If the solution contained about equal concentrations of Cl and Br, then the silver salt with the smaller Ksp (AgBr) would precipitate first. The concentrations are not equal, however, so the [Ag+] at which AgCl begins to precipitate and the [Ag+] at which AgBr begins to precipitate must be calculated. The salt that forms at the lower [Ag+] precipitates first.

AgBr precipitates when Q = Ksp for AgBr

Eq3

AgBr begins to precipitate when [Ag+] is 5.0 × 10−9 M.

For AgCl:

AgCl precipitates when Q equals Ksp for AgCl (1.6  × 10-10). When [Cl] = 0.10 M:

Eq4

AgCl begins to precipitate when [Ag+] is 1.6  × 10-9 M.

AgCl begins to precipitate at a lower [Ag+] than AgBr, so AgCl begins to precipitate first. Note the chloride ion concentration of the initial mixture was significantly greater than the bromide ion concentration, and so silver chloride precipitated first despite having a Ksp greater than that of silver bromide.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Chapter 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Firsching, Ferdinand Henry. "Selective precipitation of silver halides from homogeneous solution. Separation of iodide, bromide, and chloride using volatilization of ammonia." Analytical Chemistry 32, no. 13 (1960): 1876-1878.
  2. Reynolds, John P. "Ksp experiment: The solubility product for barium hydroxide." Journal of Chemical Education 52, no. 8 (1975): 521.
  3. Hou, Miaolin, and George L. Baughman. "Predicting the precipitation of acid and direct dyes in natural waters." Dyes and pigments 18, no. 1 (1992): 35-46.