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Anorganische Chemie - Fällungsreaktion

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Anorganische Chemie

Fällungsreaktion

Nachdem Sie die wichtigen Bindungsarten kennengelernt haben, möchten wir uns nun mit der Fällungsreaktion auseinandersetzen. Bei dieser wird beabsichtigt Verbindungen, die eine Schwerlöslichkeit aufweisen mit Hilfe von Lösungsmitteln aus der Lösung zu fällen. Diesen Vorgang kann man direkt beobachten in Form eines Niederschlags.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Das Löslichkeitsprodukt $ K_L $ gibt dabei den Wert für die Löslichkeit von Verbindungen an.

Das kommende Beispiel soll Ihnen diesen Vorgang verdeutlichen:

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Gegeben sei Bariumsulfat $ BaSO_4 $, welches in Wasser $ H_2O $ gelöst werden soll. Die notwendige Versuchsapparatur sieht wie folgt aus:
Bariumsulfat in Lösung
Bariumsulfat in Lösung

Das Bariumsulfat wird als Feststoff dem Lösungsmittel Wasser zugeführt. Man kann direkt verfolgen, wie sich das Salz im Wasser löst. Bei diesem Dissoziationsvorgang wird das Bariumsulfat zu Bariumionen $ Ba^{2+} $ und Sulfationen $ SO_4^{2-} $. Für uns als Betrachter liegt ein homogene Gemisch vor.
Nach einer kurzen Verweildauer ändert sich dies jedoch und es bildet sich am Boden das Glases eine Schicht, die man fachspezifisch als Bodenkörper bezeichnet. Nun liegt ein heterogenes Gemisch vor.

Was ist passiert?

Als wir unseren Versuch gestartet haben, lag eine Untersättigung von Bariumionen und Sulfationen im Lösungsmittel vor. Durch eine weitere Zugabe von Bariumsulfat wird aus der Untersättigung eine Übersättigung der Lösung an Bariumionen und Sulfationen.
Aufgrund der Übersättigung bildet sich der Bodenkörper, der solange bis die Lösung nur noch gesättigt ist weiter zunimmt. Stellt sich eine Sättigung innerhalb der Lösung ein, so liegt zwischen Lösung und Bodenkörper ein heterogenes dynamisches Gleichgewicht vor, Stichwort: Phasengrenzen.

Ferner können wir problemlos für jedes beliebige Gleichgewicht, auch den Massenwirkungsquotienten ermitteln. Hierzu verwenden wir die folgende Reaktionsgleichungen:

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Massenwirkungsquotient: $ BaSO_4 (s) \rightleftharpoons Ba^{2+} (aq) + SO_4^{2-} $

$\rightarrow    K = \frac{[Ba^{2+}][SO_4^{2-}]}{[BaSO_4]} $
Problemkriterium Konzentration?

Die Konzentration von Feststoffen kann nicht angegeben werden, weshalb sie als konstant angesehen wird. Sie wird auf die Seite der Gleichgewichtskonstanten $ K $ gezogen. Daraus ergibt sich dann auch unsere neue Konstante, das Löslichkeitsprodukt $ K_L $: 

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Löslichkeitsprodukt: $ K_L = K \cdot [BaSO_4] = [Ba^{2+}] [ SO_4^{2-}] $ 

Auf der rechten Seite der Gleichung steht das Ionenprodukt des Salzes. Das Löslichkeitsprodukt $ K_L(BaSO_4) $ beträgt in Wasser $ 1 \cdot 10^{-9} \frac{mol^2}{L^2} $. Damit es ist kaum in Wasser löslich. 

Einteilung der Löslichkeit in Bereiche:

  • Untersättigt: $ [Ba^{2+}][SO_4^{2-}]
  • Gesättigt: $ [Ba^{2+}][SO_4^{2-}] = 1 \cdot 10^{-9} $ $\Longrightarrow $ keine weiteren Ionen können gelöst werden.

  • Übersättigt: $ [Ba^{2+}][SO_4^{2-}] > 1 \cdot 10^{-9} $ $\Longrightarrow $ keine weiteren Ionen können gelöst werden. Die Bildung eines Bodenkörpers beginnt und läuft so lange fort, bis das Löslichkeitsprodukt wieder einer gesättigten Lösung entspricht. 

Methode

Hier klicken zum Ausklappen Gleichung für das allgemeine Gleichgewicht:

$ A_m B_n (s) \rightleftharpoons m A^{a+} (aq) + n B^{b-} (aq) $ somit ist $ K_L = [A^{a+}]^m [B^{b-}]^n $

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Der Wert des Löslichkeitprodukts ist immer auch abhängig von der vorliegenden Temperatur.