Chemie · Klasse 7–11 · aktualisiert
Fällungsreaktion: Niederschlag und Ionengleichung
Du erkennst einen neu gebildeten Niederschlag, formulierst die Ionengleichung und deutest eine Vorhersage mit dem Löslichkeitsprodukt.
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Kurz gesagt
Bei einer Fällungsreaktion bilden gelöste Ionen einen schwerlöslichen Feststoff: den Niederschlag. Seine Bildung erkennst du oft an einer Trübung. Die gekürzte Ionengleichung zeigt, welche Ionen den Feststoff bilden.
Bei einer Fällungsreaktion entsteht aus gelösten Ionen ein schwerlöslicher Feststoff. Die Lösung wird dadurch meist trüb; später kann sich der Feststoff als Bodenkörper absetzen. Dieser Feststoff heißt Niederschlag. Zuerst lernst du, Beobachtungen zu deuten und eine gekürzte Ionengleichung aufzustellen. Der Abschnitt zum Löslichkeitsprodukt führt dich anschließend in die Rechnung für die Oberstufe ein.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
3 Abschnitte
In einer homogenen Lösung sind gelöste Teilchen gleichmäßig verteilt; du siehst sie nicht einzeln. Ionen sind elektrisch geladene Teilchen. Treffen passende Ionen aufeinander, kann ein schwerlöslicher Feststoff entstehen. Feine Feststoffteilchen machen die Flüssigkeit trüb. Sie können später absinken und einen Bodenkörper bilden. Diese Mischung heißt Suspension.
Trübung allein beweist noch keine Reaktion: Ungelöster Ausgangsstoff ist kein neu gebildetes Produkt. In einer Gleichung bedeutet (s) fest und (aq) in Wasser gelöst. Auch ein Pfeil nach unten (↓) kann den gebildeten Feststoff kennzeichnen.
Definition
Fällungsreaktion
Eine Fällungsreaktion ist eine chemische Reaktion gelöster Stoffe, bei der mindestens ein schwerlösliches Produkt als Feststoff entsteht.
Beispiel: Silberchlorid als Niederschlag
- 1Gedankliches Beispiel: Aus ausreichend konzentrierter Natriumchlorid- und Silbernitratlösung entsteht weißes Silberchlorid.
- 2\begin{aligned}\ce{NaCl(aq) + AgNO3(aq)}\\\to\ce{NaNO3(aq) + AgCl(s)}\end{aligned}
- 3Die Trübung stammt vom neu gebildeten Silberchlorid. Silbernitrat liefert gelöste Silber-Ionen.
Teste dich
In Natriumchloridlösung sind \ce{Na+} und \ce{Cl-} gelöst; Silbernitratlösung enthält \ce{Ag+} und \ce{NO3-}. So liest du Ionenformeln: Bei \ce{SO4^2-} zählt die kleine 4 unten vier Sauerstoffatome im Sulfat-Ion. Die kleine 2− oben gibt die Ladung des ganzen Ions an. \ce{3 Ca^2+} meint drei Calcium-Ionen, jedes mit der Ladung 2+. Bei \ce{Ca(NO3)2} zählt die 2 hinter der Klammer zwei ganze Nitrat-Ionen. Sie ist keine Ladung. Genauso bedeutet \ce{Mg(OH)2}: ein Magnesium-Ion und zwei Hydroxid-Ionen.
Die vollständige Ionengleichung lautet:
\begin{aligned}\ce{Na+ + Cl- + Ag+ + NO3-}\\\to\ce{Na+ + NO3- + AgCl(s)}\end{aligned}
\ce{Na+} und \ce{NO3-} bleiben gelöst und unverändert. Nach ihrem Kürzen zeigt die gekürzte Ionengleichung die Fällung:
\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl(s)}
Die Verhältnisformel muss elektrisch neutral sein. \ce{Ag+} und \ce{Cl-} bilden \ce{AgCl} im Verhältnis 1 : 1; \ce{Ba^2+} und \ce{SO4^2-} bilden \ce{BaSO4} ebenfalls 1 : 1. Ein \ce{Mg^2+} benötigt zwei \ce{OH-}; es entsteht \ce{Mg(OH)2}.
Ein Fällungsmittel liefert ein Ion für einen möglichen Nachweis. Weißes Silberchlorid kann auf Chlorid hinweisen, aber andere Ionen können mit Silber-Ionen ebenfalls Niederschläge bilden. Entscheidend sind Prüfstoff, erwartete Reaktion und andere Ionen, die das Ergebnis stören können. Auch \ce{Ba^2+} und \ce{SO4^2-} bilden \ce{BaSO4(s)}. Ein Niederschlag bekannter Zusammensetzung kann nach vollständiger Abtrennung, Trocknung und Wägung eine Mengenbestimmung ermöglichen. Technisch können Fällungen gelöste Stoffe aus Abwasser entfernen.
Merke: Streiche beim Kürzen nur Ionen, die auf beiden Seiten in derselben Form und mit demselben Aggregatzustand vorkommen.
Teste dich
Auch ein schwerlösliches Salz löst sich ein wenig. In einer gesättigten Lösung mit Bodenkörper lösen sich in derselben Zeit genauso viele Teilchen, wie sich wieder anlagern. Bei gleichbleibenden Bedingungen bleiben die sichtbaren Mengen gleich. Das heißt dynamisches Gleichgewicht.
Für eine Vorhersage vergleichst du die Menge der gerade gelösten Ionen mit einem Wert für das Salz bei derselben Temperatur. Dieser Vergleichswert heißt Löslichkeitsprodukt; der Rechenwert aus den gelösten Ionen heißt Ionenprodukt. Unter dem Vergleichswert entsteht kein neuer Niederschlag. Darüber ist eine Fällung zu erwarten. Die Bildung erster stabiler Kristallkeime kann Zeit brauchen und die Fällung verzögern. Während der Fällung werden Ionen aus der Lösung entfernt.
Der Vergleichswert hängt von der Temperatur ab; Erwärmen fördert die Fällung nicht bei jedem Salz. Der pH-Wert beschreibt, wie sauer oder basisch die Lösung ist. Er kann die Fällung von Magnesiumhydroxid beeinflussen. Andere Teilchen können Metall-Ionen binden; so löst sich Silberchlorid in verdünnter Ammoniaklösung. Die folgende Rechnung ist nur ein optionaler Ausblick für die Oberstufe. Mehr dazu steht beim Löslichkeitsprodukt.
Definition
Löslichkeitsprodukt
Das Löslichkeitsprodukt ist ein Vergleichswert für ein Salz bei einer bestimmten Temperatur. In der Oberstufenrechnung heißt sein Zeichen K_L. Der aktuelle Rechenwert der gelösten Ionen heißt Ionenprodukt Q.
Beispiel: Optional für die Oberstufe: Verdünnung vor einer Fällung
- 1Ein Mol zählt sehr viele Teilchen. Die Konzentration c gibt an, wie viele Mol in einem Liter Lösung sind; ihre Einheit ist mol/L. Das folgende Modell gilt näherungsweise für verdünnte Lösungen.
- 2Für Silberchlorid gilt im Konzentrationsmodell:
- 3K_L=c(\ce{Ag+})\cdot c(\ce{Cl-})
- 4Bei Magnesiumhydroxid kommt Hydroxid zweimal in der Formel vor. Darum wird seine Konzentration mit sich selbst multipliziert:
- 5K_L=c(\ce{Mg^2+})\cdot c(\ce{OH-})^2
- 6Je 10 mL Silber-Ionen-Lösung mit c(\ce{Ag+})=0{,}010\,\mathrm{mol/L} und Chlorid-Ionen-Lösung mit c(\ce{Cl-})=0{,}00010\,\mathrm{mol/L} werden gemischt.
- 7Gegeben ist K_L(\ce{AgCl})=1{,}7\cdot10^{-10}\,\mathrm{mol^2/L^2} bei etwa 25 °C. Die negativen Hochzahlen stehen für sehr kleine Werte.
- 8Das Gesamtvolumen beträgt 20 mL. Für die Vorhersage wird die Verdünnung zuerst so berechnet, als sei noch nichts ausgefallen.
- 9c(\ce{Ag+})=5{,}0\cdot10^{-3}\,\mathrm{mol/L}
- 10c(\ce{Cl-})=5{,}0\cdot10^{-5}\,\mathrm{mol/L}
- 11Multipliziere die beiden eben berechneten Konzentrationen. Das Ionenprodukt Q hat hier die Einheit mol²/L².
- 12Q=2{,}5\cdot10^{-7}\,\mathrm{mol^2/L^2}
- 13Weil Q>K_L, ist eine Fällung zu erwarten. Die berechneten Konzentrationen sind keine Endwerte; in einer genaueren Rechnung werden Wechselwirkungen der Ionen berücksichtigt.
Beispiel: Optional für die Oberstufe: Rechenschritte zur Vorhersage
- 1Bestimme die Ionen des möglichen Niederschlags.
- 2Stelle die neutrale Salzformel und den Ausdruck für K_L auf.
- 3Berechne die Ionenkonzentrationen nach der Verdünnung, zunächst ohne Fällung.
- 4Bilde das Ionenprodukt mit den richtigen Exponenten.
- 5Vergleiche es mit K_L und formuliere die Aussage im Sachzusammenhang.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Fällungsreaktion
Niederschlag
neuer schwerlöslicher Feststoff aus gelösten Ionen
Beobachtung
Trübung ist ein Hinweis, kein Beweis für die Stoffart
Ionengleichung
nur reagierende Ionen bleiben nach dem Kürzen
Vorhersage
Mehr gelöste Ionen können eine Fällung begünstigen
Bedingungen
Temperatur, pH-Wert und Komplexbildung können das Ergebnis ändern
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Silberchlorid aus gelösten Ionen
- 1Gegeben sind ausreichend konzentrierte Natriumchlorid- und Silbernitratlösungen mit gelösten \ce{Ag+}- und \ce{Cl-}-Ionen.
- 2Sie verbinden sich im Verhältnis 1 : 1, weil +1 und −1 einander ausgleichen.
- 3Die gekürzte Gleichung lautet \ce{Ag+ + Cl- -> AgCl(s)}.
- 4Der Feststoff ist der Niederschlag; Natrium- und Nitrat-Ionen bleiben als Zuschauerionen gelöst.
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Welche Salzformel passt zur Ladung? In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Der Index 2 wurde fälschlich aus der Ionenladung übernommen. Richtig ist \ce{Ca^2+ + CO3^2- -> CaCO3(s)}; Atome und Ladung stimmen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Ein neu gebildeter schwerlöslicher Feststoff heißt . Unveränderte Ionen heißen . Sie werden auf Seiten gekürzt.
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