Fällungsreaktionen
Erfahre, was es bedeutet, wenn ein Stoff ausfällt, entdecke verschiedene Fällungsmittel und lerne, wann und warum Salze ausfallen. Finde heraus, wie das Löslichkeitsprodukt dabei eine Rolle spielt. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du weiter unten.
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Grundlagen zum Thema Fällungsreaktionen
Fällungsreaktionen – Chemie
Bei manchen Reaktionen kommt es zu einer chemischen Fällung. Aus einer zuvor homogenen Lösung fällt ein festes, unlösliches Reaktionsprodukt aus. Doch was genau versteht man unter einer Fällung? Und welche Fällungsmittel gibt es? Was ist überhaupt ein Fällungsreagenz? All das erfährst du im folgenden Text.
Was bedeutet Fällen in der Chemie? – Definition
Definitionsgemäß ist eine Fällungsreaktion eine chemische Reaktion, bei welcher mindestens ein Produkt schwer löslich ist und als sogenannter Niederschlag ausfällt. Gekennzeichnet wird dieser Vorgang in Reaktionsgleichungen mit einem Pfeil nach unten oder einem (s) für solid (fest) hinter der Summenformel des ausgefallenen Stoffes.
Fällungsreaktion am Beispiel von Silberchlorid
In einem Becherglas mit Wasser $(\ce{H2O})$ wird das Salz Natriumchlorid $(\ce{NaCl})$ aufgelöst. Man kann eine klare Lösung erkennen. In der Lösung befinden sich gelöste Chloridionen $(\ce{Cl-})$ und Natriumionen $(\ce{Na+})$.
Nun gibt man zu der Lösung in dem Becherglas ein Agens, welches Silberionen $(\ce{Ag+})$ enthält. Wenn die Silbenionen in das Becherglas gegeben werden, entsteht dort ein Feststoff, der auf den Boden sinkt.
Doch was ist der Feststoff, der bei dem Versuch ausfällt? Es handelt sich um das Salz Silberchlorid $(\ce{AgCl})$. Es ist eine Fällungsreaktion – oder kurz: Fällung – zu erkennen. Den ganzen Versuchsaufbau, die Fällungsreaktion und die zugehörige Reaktionsgleichung kannst du dir auf der folgenden Abbildung nochmals genau ansehen:
Und was passiert bei der Fällungsreaktion? Die Silberionen $(\ce{Ag+})$ reagieren mit den Chloridionen $(\ce{Cl-})$ in der wässrigen Lösung. Dabei entsteht das Reaktionsprodukt Silberchlorid $(\ce{AgCl})$. Letzteres ist der Feststoff, der dann ausfällt.
In diesem Beispiel sind die Silberionen das Fällungsmittel. Der Feststoff, also Silberchlorid, wird als Ausfällung oder Niederschlag bezeichnet. Man sagt in der Chemie auch, dass Silberchlorid ausgefallen ist.
Wann fällt ein Salz aus?
Um zu verstehen, wann ein Salz ausfällt, schaut man sich die Fällbedingungen an. Das Löslichkeitsprodukt $L_p$ ist eine Größe, die nur von der Temperatur abhängig ist. Diese Größe kann in Wertetabellen nachgeschlagen werden. Das Löslichkeitsprodukt ist das Produkt der Konzentration der Stoffe, die in einem Lösungsmittel vorliegen. Es sagt aus, wie viel Salz maximal in einem Lösungsmittel gelöst werden kann.
Es bildet sich eine Ausfällung, wenn das Löslichkeitsprodukt kleiner als die Konzentration der beteiligten Ionen ist. Anders formuliert: Eine Fällungsreaktion findet statt, sobald die Lösung mit den jeweiligen Salzen gesättigt ist. Somit kann man mithilfe des Löslichkeitsproduktes herausfinden, ob eine Fällungsreaktion stattfinden wird.
$L_p < \quad \overset{\text{Konzentration Ion 1}}{[\text{I}^+]} \cdot \overset{\text{Konzentration Ion 2}}{[\text{I}^-]}$
Und wie prüft man auf Vollständigkeit der Fällung? Man kann das Ionenprodukt $I$ (Produkt der Stoffmengenkonzentrationen) mit dem Löslichkeitsprodukt $L_p$ vergleichen. Dazu werden drei Fälle unterschieden.
- $I < L_p$: Die Lösung ist nicht gesättigt und weitere Substanzen können gelöst werden.
- $I = L_p$: Die Lösung ist gesättigt und befindet sich im Gleichgewicht.
- $I > L_p$: Die Lösung ist übersättigt. Der Stoff fällt aus, bis wieder $I = L_p$ gilt.
Beispiele für Fällungsmittel
Ein Fällungsmittel ist ein Stoff, welcher die Ausfällung gelöster Stoffe zu unlöslichen Feststoffen auslöst.
Dazu zählen beispielsweise:
- Salzsäure $\ce{HCl}$
- Schwefelwasserstoff $\ce{H2S}$
- Ammoniumsulfid $\ce{(NH4)_2S}$
- Ammoniumcarbonat $\ce{CH8N2O3}$
Anwendungen der Fällungsreaktion
Die Anwendung von Fällungsreaktionen ist vielfältig. So kannst du die Fällungsreaktion zum Beispiel als Nachweisreaktion verwenden, um zu überprüfen, ob sich in einer (klaren) Lösung Halogenidionen befinden. Wenn man zu der Lösung mit den Halogenidionen Silbernitrat gibt, entsteht ein Niederschlag. Dieser zeigt an, dass in deiner Lösung Halogenidionen sind. Bleibt ein Niederschlag aus, kann davon ausgegangen werden, dass keine Halogenidionen vorhanden sind.
Außerdem kann die Fällungsreaktion zur qualitativen und quantitativen Analyse von Ionen verwendet werden. Damit kann man ermitteln, was (und wie viel davon) sich in einer Lösung befindet.
Das Video Fällungsreaktionen
In diesem Video lernst du, was eine Fällungsreaktion ist. Du erfährst, was man unter einer Fällung versteht und warum man eine Fällungsreaktion durchführt. Außerdem lernst du, wie eine Fällung funktioniert und welchen Hintergrund und Nutzen eine Fällungsreaktion hat.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben zur Fällungsreaktion, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Fällungsreaktionen
Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um "Fällungsreaktionen". Das Video gehört zur Reihe "Salzlösungen". Um ausreichende Vorkenntnisse zu erlangen, solltest du die Videos über Salzlösungen, speziell das über das Löslichkeitsprodukt gesehen haben. Ziel des Videos ist es unter anderem, ein grundlegendes Verständnis der Begriffe Fällbedingung, Fällung und Niederschlag zu erlangen.
Gliederung: 1. Fällung 2. Löslichkeitsprodukt 3. Fällbedingung und 4. Beispiele
Fällung Vor uns steht ein Becherglas. Dieses ist mit Wasser gefüllt. Im Wasser befinden sich gelöste Chloridionen. Sie sind durch das Auflösen von Natriumchlorid in das Wasser gelangt. Vor uns haben wir eine klare Lösung. Zu der klaren Lösung geben wir ein Agens, welches Silberionen enthält. Im Ergebnis entsteht aus der vormals klaren Lösung ein Feststoff, der auf den Boden sinkt. Die Analyse zeigt, dass es sich dabei um das Salz Silberchlorid handelt. Den beobachteten Prozess bezeichnet man als Fällungsreaktion - oder kurz: Fällung. Die Verbindung, die Silberionen geliefert hat, ist das Fällungsmittel. Der Feststoff, der sich als Silberchlorid erwiesen hat, wird als Niederschlag bezeichnet. Nach diesem Experiment widmen wir uns der Frage: Unter welcher Bedingung geschieht eine Fällung?
Löslichkeitsprodukt Das Löslichkeitsprodukt der beobachteten Fällungsreaktion Lp ist gerade das Produkt aus den Konzentrationen beider Ionen. Wir schreiben somit: Lp = Konzentration der Silberionen mal Konzentration der Chloridionen. Das Löslichkeitsprodukt für Silberchlorid bei 298 Kelvin beträgt 2×10-10 mol²/l². Dieses ist gleich dem Produkt der Konzentrationen der Ionen. Zu den Chloridionen werden Silberionen gegeben. Wann bildet sich ein Niederschlag von Silberchlorid?
Fällbedingung Das Löslichkeitsprodukt ist eine feste, nur temperaturabhängige Größe. Offensichtlich wird dann Feststoff gebildet, wenn das Löslichkeitsprodukt kleiner als die Konzentration der beteiligten Ionen ist. Also gilt: 2×10-10 mol²/l² ist kleiner als die Konzentration der Silberionen multipliziert mit der Konzentration der Chloridionen. Ist diese Bedingung erfüllt, können wir feststellen: Ein Niederschlag fällt aus; und zwar nicht irgendeiner, sondern ein Niederschlag, der aus festem, unlöslichem Silberchlorid AgCl besteht.
Beispiele Eine Fällungsreaktion, Kurzfällung genannt, ist eine wichtige Nachweisreaktion. Sie dient dem qualitativen Nachweis sowie der quantitativen Bestimmung von Ionen. Als erstes Beispiel wollen wir die Bildung von Silberchlorid betrachten. Obwohl im Abschnitt 1 bereits besprochen, gibt es noch einige Aspekte, die ich dort nicht vortragen konnte. Schauen wir uns einmal eine typische Fällungsreaktion für die Bildung von Silberchlorid an. NaCl, welches Chloridionen enthält, reagiert mit AgNO3, welches Silberionen liefert. Natriumchlorid reagiert mit einem Fällungsmittel. Es entsteht AgCl (Silberchlorid). Und außerdem bleibt NaNO3 (Natriumnitrat) in der Lösung zurück. Silberchlorid ist ein schwer lösliches Salz. Es fällt aus. Es bildet einen Niederschlag. Das linke der beiden Reagenzgläser zeigt ungelöstes Silberchlorid (AgCl) nach erfolgter Fällung. Häufig schreibt man die Reaktionsgleichung für die Fällungsreaktion auch vereinfacht, sodass nur die beteiligten Ionen betrachtet werden. Das Chloridion reagiert mit dem Silberion zu unlöslichem Silberchlorid. Für Silberchlorid gibt es eine interessante Nachweisreaktion. Versetzt man unlösliches Silberchlorid mit Ammoniak, so bildet sich ein Komplexsalz. Es entsteht der Diamminsilber(I)-komplex und außerdem bildet sich ein Chloridion. Silberchlorid wird vollständig aufgelöst. Es kommt zu einer klaren Lösung, wie man hier rechts im Bild sehen kann. Der rote Streifen wurde nur zum Vergleich im Hintergrund angeordnet.
Bariumsulfat Unlösliches Bariumsulfat trifft man in der Natur als Mineral Baryt an. Betrachten wir eine Fällungsreaktion mit der Bildung von Bariumsulfat. BaCl, Bariumchlorid, liefert in wässriger Lösung Bariumionen. Na2SO4 liefert in wässriger Lösung Sulfationen. Es ist das Fällungsmittel. Sein chemischer Name ist Natriumsulfat. Im Ergebnis entsteht BaSO4 (Bariumsulfat). Bariumsulfat ist in Wasser schwer löslich; es bildet einen Niederschlag. Somit kann man auch erklären, warum es ein Mineral Baryt gibt mit der chemischen Zusammensetzung BaSO4. Als Zweites entstehen bei dieser Reaktion zwei Teilchen NaCl. Es handelt sich um wasserlösliches Natriumchlorid. Verkürzt schreibt man die Fällungsreaktion wieder als Ionengleichung: Ba(2+)+ SO4(2-) reagieren zu BaSO4. Ein Bariumion reagiert mit einem Sulfation zu einem Molekül unlöslichen Bariumsulfats. Bariumsulfat ist dabei der gebildete Niederschlag. Welches der beiden Ionen allerdings das Fällungsmittel ist, hängt davon ab, welches Ion bestimmt werden soll. Fällungsmittel kann das Bariumion sein, Fällungsmittel kann aber auch das Sulfation sein. Und noch ein interessanter Aspekt: Geben wir zu ausgefallenem Bariumsulfat eine Lösung mit Ammoniak, so stellen wir fest, dass Bariumsulfat vom Ammoniakwasser nicht aufgelöst wird.
Bleisulfid Dass Bleisulfid ein praktisch unlösliches Salz ist, kann man an dem in der Natur vorkommenden Mineral Bleiglanz (Galenit) erkennen, welches die Formel PbS hat. Betrachten wir eine für die Bildung von Bleisulfid typische Fällungsreaktion. Das wasserlösliche PbCl2 (Bleichlorid) reagiert mit dem ebenso wasserlöslichen H2S (Schwefelwasserstoff). Bei jedem von beiden kann es sich um das Fällungsmittel handeln; je nach Analyseanliegen. Bringt man beide Verbindungen zusammen, bildet sich PbS (Bleisulfid). Als schwer lösliche Verbindung fällt es im Wasser aus. Es bildet sich ein Niederschlag. Dieser hat die gleiche chemische Summenformel wie das Mineral Bleiglanz (Galenit). Außerdem entstehen 2 Moleküle HCl (Salzsäure). In verkürzter Ionenschreibweise formulieren wir: Pb(2+)+S(2-) reagieren zu PbS. Ein Bleiion reagiert mit einem Sulfidion zu einem Molekül unlöslichen Bleisulfids. Bleisulfid ist der Niederschlag und im Unterschied zu Silberchlorid und Bariumsulfat handelt es sich hier um einen schwarzen Niederschlag.
Ich bedanke mich für eure Aufmerksamkeit und wünsche euch alles Gute. Auf Wiedersehen!
Fällungsreaktionen Übung
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Definiere den Begriff Fällungsreaktion.
TippsZum qualitativen Nachweis von Ionen muss sich bei Zusatz des Fällungsmittels ein schwer löslicher Niederschlag bilden.
Silbernitrat wird verwendet, um Chlorid- und andere Halogenid-Ionen nachzuweisen.
LösungFällungsreaktionen werden in der analytischen Chemie genutzt, um Ionen zu identifizieren (qualitative Analyse) und ihre Menge in einer Lösung (quantitative Analyse) zu bestimmen. Bei dieser Reaktion reagiert ein zu analysierendes Ion mit einem Fällungsmittel, einem schwerlöslichen Salz, was als sichtbarer Niederschlag ausfällt.
Es bildet dabei nur das Salz mit der schlechtesten Löslichkeit einen Niederschlag. (Löslichkeit entspricht der maximalen Stoffmenge, die bei einer gegebenen Temperatur, in einer bestimmten Menge Lösungsmittels, in Lösung geht.). Ein weniger schwer lösliches Salz kann erst ausfallen, wenn das am schwersten lösliche Salz vollständig gefällt wurde.
Wird zum Beispiel Schwefelsäure zu einer Lösung gegeben, die sowohl Calcium als auch Barium-Ionen enthält, wird zuerst das Barium als ($BaSO_4$) gefällt, weil es das kleinere Löslichkeitsprodukt und damit eine schlechtere Löslichkeit hat.
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Bestimme, unter welcher Bedingung ein Silberchlorid-Niederschlag auftritt.
Tipps$L_p$ entspricht dem Produkt der Konzentrationen der gelösten Ionen in einer gesättigten Lösung.
Achte auf die Exponenten. Silberchlorid hat die Formel $AgCl$.
LösungErst wenn das Löslichkeitsprodukt überschritten wird, kommt es zur Bildung eines Niederschlags.
- ungesättigte Lösung $L_p$ > $c({A^{a+}})^m \cdot c({B^{b-}})^n~~\rightarrow$: Es kann noch Substanz gelöst werden.
- gesättigte Lösung $L_p$ = $c({A^{a+}})^m \cdot c({B^{b-}})^n~~\rightarrow$: Die maximale Konzentration der Ionen ist erreicht.
- übersättigte Lösung $L_p$ < $c({A^{a+}})^m \cdot c({B^{b-}})^n~~\rightarrow$: Es fällt ein Niederschlag aus.
Folglich fällt ein Niederschlag an Silberchlorid aus, wenn:
- $L_p < c({Ag^{+}}) \cdot c({Cl}^{-})$
-
Ermittle, wodurch eine Fällung hervorgerufen werden kann.
TippsSilber-Ionen können mithilfe von Chlorid-Ionen gefällt werden.
Im alkalischen Milieu kann es zur Bildung von schwerlöslichen Hydroxiden kommen.
LösungDamit es zu einem Niederschlag kommt, muss ein schwerlösliches Salz gebildet werden oder das Löslichkeitsprodukt eines sich bereits in Lösung befindendes Salzes überschritten werden.
- Temperaturänderung: Das Löslichkeitsprodukt ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur, desto mehr Stoff kann gelöst werden.
- Durch den Zusatz von Fällungsmitteln entstehen schwerlösliche Salze. Diese haben ein sehr kleines Löslichkeitsprodukt. Dadurch kommt es schon bei einer geringen Konzentration dieses Salzes zu einem Niederschlag. Dieser Effekt wird für viele Nachweise von Ionen benutzt.
- Änderung des pH-Werts: Im alkalischen Milieu bilden sich oft schwerlösliche Hydroxide, welche als Niederschlag ausfallen. Diese Änderung kann auch dazu führen, dass in Komplexen gebundene Ionen frei werden, die nun wiederum schwerlösliche Salze mit anderen Bestandteilen der Lösung bilden.
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Bestimme, wie Calciumoxid, Calciumchlorid und Calciumsulfat unterschieden werden können.
Tipps- Nichtmetalloxid + Wasser $\rightarrow$ Mineralsäure
- Metalloxid + Wasser $\rightarrow$ Metallhydroxid
Halogenide, wie Chlorid, Bromid und Iodid, können mit Silbernitrat nachgewiesen werden.
LösungSulfat-Ionen bilden mit Barium-Ionen einen feinen, kristallinen, weißen Niederschlag ($BaSO_4$). Ein Niederschlag bei Zugabe eines Bariumsalzes bildet sich also nur in dem Reagenzglas, das Sulfat-Ionen enthält.
Chlorid-Ionen können mithilfe von Silber-Ionen gefällt werden. Dabei bildet sich der leicht gelbliche (oder schmutzigweiße) Niederschlag von Silberchlorid. Überprüfen kann man diesen Nachweis noch, indem man Ammoniak ($NH_3$) im Überschuss dazu gibt. Dadurch löst sich der Niederschlag aufgrund einer Komplexbildung wieder auf. Bariumsulfat hingegen löst sich bei Zugabe von Ammoniak nicht.
Für Oxid-Ionen gibt es keinen spezifischen Nachweis. Allerdings reagieren Metalloxide sehr heftig mit Wasser zu Metallhydroxiden. Damit kann das Calciumoxid, welches als einziges der drei Substanzen mit Wasser eine basische Reaktion zeigt, bestimmt werden. Die Änderung des pH-Wertes wird mittels Unitestpapier nachgewiesen, es färbt sich blau.
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Gib an, mit welchem Fällungsmittel die folgenden Ionen nachgewiesen werden können.
TippsEs bildet sich bei jeder aufgeführten Reaktion ein Niederschlag mit dem Ionenverhältnis 1:1.
LösungChlorid-Ionen werden quantitativ mit Silber-Ionen nachgewiesen. Bei der Reaktion beider Stoffe bildet sich das schwerlösliche Silberchlorid (Niederschlag):
- $AgNO_3 + Cl^- ~\rightarrow~ AgCl \downarrow ~ + {NO_3}^-$
Barium-Ionen können mithilfe von Sulfat-Ionen gefällt werden. Es bildet sich fein kristallines, weißes Bariumsulfat, auch Schwerspat genannt. Blei-Ionen bilden mit Sulfid-Ionen einen schwarzen Niederschlag.
- $Ba^{2+} + {SO_4}^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$
- $Pb^{2+} + {S^{2-}} \rightarrow PbS \downarrow$
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Berechne das Löslichkeitsprodukt von Silberchromat.
TippsDas Massenwirkungsgesetz beschreibt das Verhältnis des Produkts der Konzentrationen der Edukte zu dem Produkt der Konzentrationen der Produkte.
In einer gesättigten Lösung wird der Bodensatz an Silberchromat als konstant angenommen.
LösungDas Löslichkeitsprodukt ist ein Spezialfall des MWG. Es beschreibt für eine gesättigte Lösung das dynamische Gleichgewicht zwischen Bodensatz und den hydratisierten Ionen. Die Konzentration des Bodensatzes kann als konstant angenommen werden. Wird nun die Gleichgewichtskonstante $K_c$ mit den Konzentration an Silberchromat multipliziert, ergibt sich die neue Konstante: $K_L$:
- $K_L = {c(Ag^+)}^2 \cdot c({CrO_4}^{2-})$
- $c({CrO_4}^{2-}) = 0,5~c({Ag}^+)$
- $K_L = {c(Ag^+)}^2 \cdot~0,5~ c(Ag^+)$ = $4~\cdot~10^{-12}$ ${mol^3}/{l^3}$
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Hallo Annaha508,
da hast du völlig recht! Vielen Dank für den Hinweis! Der Fehler wurde umgehend korrigiert.
Beste Grüße aus der Redaktion
Hallo, bei der Lösung ist (glaube ich) ein Fehler, und zwar ist bei der übersättigten Lösung das Löslichkeitsprodukt doch kleiner als die Ionenkonzentrationen, oder ? In der Lösung steht drin, dass das Löslichkeitsprodukt > ist.
Nein, das Fällungsreagenz ist die chemische Verbindung, die die Fällungsreaktion auslöst.
Beispiel:
Silbernitrat AgNO3 ist ein Fällungsreagenz auf Chlorid - Ionen. Das Salz ist gut löslich und dissoziiert gemäß
AgNO3 -->Ag+ + NO3-
Gibt man eine klare wässrige Lösung von Silbernitrat zu einer Lösung, die Chlorid - Ionen enthält, so reagieren diese Ionen mit den Silber - Ionen zu schwer löslichem Silberchlorid:
Ag+ + Cl- --> AgCl
Und DAS ist die Fällungsreaktion. Es bildet sich das weiße, milchige, in Wasser schwer lösliche Silberchlorid (AgCl). Daran erkennt man, dass Chlorid - Ionen in der Lösung enthalten sind.
Alles Gute und viel Erfolg
Hallo, ist fällungsreaktion das gleiche wie fällungsreagenz?