Anorganisch-chemisches Praktikum Fällungs- und Lösungsreaktionen Wissenschaftszentrum Weihenstephan 2008 Alexander Raith

Arten von chemischen Reaktionen: Säure- Base-Reaktion Fällungsreaktion (und Lösungsreaktion) Komplexbildungsreaktion (und Ligandenaustausch) Redoxreaktion Addition (und Hydrolyse) Eliminierungen Substitution

Lösungsreaktionen Das Wasser als Dipol lagert sich an die Ionen an der Oberfläche des Kristalls und löst sie als Hydrate aus dem Kristall heraus, etwa in folgender Form: - H2O + Kationen und Anionen gehen aus dem Kristall in Lösung - + - - - + + + - - - + + +

Lösungsreaktionen O + - H Wassermolekül als Dipol H Freie Elektronenpaare -> e--Überschuß -> negative Partialladung δ- H Elektron abgegeben an O -> e--Mangel -> positive Partialladung δ+ O Wassermolekül als Dipol H + - Solvatation der Ionen durch Wassermoleküle

Natriumnitrat-Lösung Silberchlorid-Niederschlag Fällungsreaktionen Viele Salze sind in Wasser nur sehr wenig löslich. Werden zwei Lösungen, die jeweils eines der beteiligten Ionen enthalten, zusammengegeben, entsteht die schwer lösliche Verbindung in Form eines Niederschlags: + AgNO3 Kochsalz-Lösung   Silbernitrat-Lösung Natriumnitrat-Lösung Silberchlorid-Niederschlag Na+aq + Cl–aq + Ag+aq + NO3–aq ® Na+aq + NO3–aq AgCl¯

Löslichkeitsprodukt KL Das Gleichgewicht zwischen einem Feststoff und seinen Ionen in Lösung kann durch das Löslichkeitsprodukt KL charakterisiert werden. Für AgCl findet man folgendes Gleichgewicht: AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) mit dem Löslichkeitsprodukt: KL = [Ag+][Cl-]   Die Menge an Bodensatz hat auf die Lage des Gleichgewichtes keinen Einfluss. Das GGW wird durch externe Faktoren wie Temperatur o. pH-Wert beeinflußt und entsprechend für ein komplizierteres Salz: A2B3 (s) 2A3+(aq) + 3B2-(aq) mit dem Löslichkeitsprodukt: KL = [A3+]2 [B2-]3  

Löslichkeitsprodukt KL Man unterscheidet drei verschiedene Fälle von Lösungsgleichgewichten: Gesättigte Lösung: [Ag+] = [Cl-] = (KL)1/2 = 10-5 mol · L-1 Übersättigte Lösung: KL < [Ag+aq][Cl-aq] Ungesättigte Lösung: KL > [Ag+aq][Cl-aq]; Die Umkehrung der Lösungsreaktion ist die Fällung; ihre Massenwirkungs-konstante KF ist der Kehrwert des Löslichkeitsproduktes. KF = 1/KL ; pKF = -pKL

Löslichkeit 2 Al3+ + 3 SO2- Al2(SO4)3   4 Man unterscheidet die: qualitative Löslichkeit (ist der Stoff in einem bestimmten Lösungsmittel löslich?) quantitative Löslichkeit (welche Stoffmenge kann im Einheitsvolumen eines bestimmten Lösungsmittels gelöst werden?) 2 Al3+ + 3 SO2- Al2(SO4)3  4  KL = ceq(Al3+)2 · ceq(SO2-)3 4 ceq(Al3+) = 2 L bzw. ceq(SO2-) = 3 L 4 KL = (2 L)2 · (3 L)3 damit L = (KL/(22 · 33))1/5

Kombination mehrerer Massenwirkungsgleichungen Zwei chemische Reaktionen sind miteinander kombinierbar, wenn eines der Reaktionsprodukte der ersten Reaktion ein Ausgangsstoff der zweiten Reaktion ist. I: H2S + 2 H2O 2 H3O+ + S2- ; KS II: S2- + Zn2+ ZnS ; KF =1/KL     I + II: H2S + 2 H2O + Zn2+ ZnS + 2 H3O+   Nach der Folgereaktionsregel des Massenwirkungsgesetzes ergibt die Multiplikation der Konstanten der Teilreaktionen Massenwirkungskonstante K der Gesamtreaktion. K = KS · KF = KS/KL

Kombination mehrerer Massenwirkungsgleichungen  I + II: H2S + 2 H2O + Zn2+ ZnS + 2 H3O+  Nach der Folgereaktionsregel des Massenwirkungsgesetzes ergibt die Multiplikation der Konstanten der Teilreaktionen Massenwirkungskonstante K der Gesamtreaktion. K = KS · KF = KS/KL

Kombination mehrerer Massenwirkungsgleichungen Zwei chemische Reaktionen sind miteinander kombinierbar, wenn eines der Reaktionsprodukte der ersten Reaktion ein Ausgangsstoff der zweiten Reaktion ist. I: Cr2O2- + 3 H2O 2 CrO2- + 2 H3O+ ; KS II: Pb2+ + CrO2- PbCrO4 ; 2 (1/KL)  7  4  4  I + II: Cr2O2- + 2 Pb2+ + 3 H2O 2 PbCrO4 + 2 H3O+  7  Nach der Folgereaktionsregel des Massenwirkungsgesetzes ergibt die Multiplikation der Konstanten der Teilreaktionen Massenwirkungskonstante K der Gesamtreaktion. K = KS/KL2

Kombination mehrerer Massenwirkungsgleichungen Unterschreiten des Löslichkeitsproduktes: Auflösen von Niederschlägen Ein Niederschlag löst sich wieder auf, wenn das Löslichkeitsprodukt unterschritten wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Ionen aus dem Sättigungsgleichgewicht entfernt werden. Mg(OH)2 Mg2+ + 2 OH-   KL > [Mg2+][OH-]2 OH- + H3O+ 2 H2O   Überschreitung des Löslichkeitsproduktes: Ausfällung von Niederschlägen KClO4 K+ + ClO4-   KL < [K+][ClO4-] + K+ oder + ClO4- => KClO4

Löslichkeitsprodukte einiger schwerlöslicher Salze in Wasser bei 25 °C http://www.cci.ethz.ch/vorlesung/de/al1/node38.html

The End…. Anmerkung zu den restlichen Titrationen: Pro Student und Analyse nur noch 30 mL Maßlösung! (25 mL für Analysen, 5 mL zum durchspülen) http://www.cci.ethz.ch/vorlesung/de/al1/node38.html