Fældningsreaktioner

Hvad er en fældningsreaktion?

En fældningsreaktion (eller en fældning eller udfældning) er en reaktion, hvor opløste ioner danner et fast stof. I et simpelt salteksempel bindes to iontyper sammen i et iongitter; saltets formel angiver ionforholdet.

Eksempel: Blanding af AgNO₃ og NaCl

Vi har en vandig opløsning af sølvnitrat (AgNO₃) og en vandig opløsning af natriumchlorid (NaCl):

Blandes vandige opløsninger af AgNO₃ og NaCl ved tilstrækkelige ionkoncentrationer, dannes faste AgCl-partikler. Na⁺ og NO₃⁻ bliver i opløsningen som tilskuerioner.

Sølvnitrat-opløsningen indeholder ionerne Ag⁺ og NO₃⁻, mens natriumchlorid-opløsningen indeholder ionerne Na⁺ og Cl⁻.

Vi blander nu de to opløsninger sammen. Ag⁺ og Cl⁻ finder nu sammen i et iongitter, så der dannes en ionforbindelse med formlen AgCl.

Fældningsreaktioner danner bundfald

Ionforbindelsen dannet ved en fældningsreaktion kaldes også for et bundfald. Bundfaldet er altså et tungtopløseligt salt - dvs. et salt, som ikke i ret høj grad kan eksistere opløst i vand.

Dannelse af bundfald ses ved, at opløsningen bliver uklar. Dannelse af bundfald er altså et tegn på, at der sker en fældningsreaktion.

Reaktionsskema for en fældningsreaktion

Fældningsreaktioner kan opskrives med to typer af reaktionsskemaer:

Ionreaktionsskema

Et ionreaktionsskema viser, hvilke ioner der går sammen og danner et iongitter ved en fældningsreaktion.

Fældningen mellem Ag⁺ og Cl⁻  fra eksemplet ovenfor kan f.eks. opskrives således:

Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)

Læg mærke til:

• Reaktanterne har (aq) som tilstandsform (vandig opløsning).
• Produktet har (s) som tilstandsform (fast stof, bundfald).
• Tilskuerioner (Na⁺ og NO₃⁻) ikke er med i reaktionsskemaet.

Reaktionsskema med stofformler

Et reaktionsskema med stofformler viser, hvilke stoffer der går i opløsning ved reaktionen, og hvilke faste og opløste produkter reaktionen danner.

Fældningsreaktionen mellem AgNO₃ og NaCl fra eksemplet ovenfor skrives med stofformler på denne måde:

AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

Læg mærke til:

• De to reaktanter og produktet NaNO₃ har (aq) som tilstandsform. Disse stoffer optræder altså som ioner, selvom reaktionsskemaet ikke viser ionerne.
• AgCl har (s) som tilstandsform, så dette produkt optræder som bundfald.
• Alle tilskuerioner er med i reaktionsskemaet med stofformler.

Et opløselighedsskema viser, om der sker en fældningsreaktion

Opløselighedsoplysninger giver et første overblik over, hvilke salte der er let- eller tungtopløselige. Koncentrationerne og temperaturen skal også undersøges, før du forudsiger en fældning.

Sammenlign fire salte i vand:

Eksempler i vand: NaCl og AgNO₃ er letopløselige; AgCl og Ag₂S er tungtopløselige. Disse eksempler giver et første overblik. Koncentrationerne og temperaturen afgør, om der faktisk dannes bundfald.

Brug opløselighedsoplysningerne sådan:

• Letopløselig: NaCl og AgNO₃ kan opløses i vand. Ved sædvanlige fortyndede forsøgsbetingelser bliver ionerne i opløsningen.
• Tungtopløselig: AgCl og Ag₂S kan danne bundfald. Saltets lave opløselighed er et første tegn; fældning afhænger også af ionkoncentrationerne.
• Andre reaktioner: Ioner kan også indgå i syre-base- eller redoxreaktioner. Undersøg derfor både stoffer, reaktionsbetingelser og ændringer i ladning eller oxidationstal.

Brug saltets formel til at bestemme ionforholdet. Undersøg derefter ionkoncentrationerne og opløselighedsproduktet, før du forudsiger bundfald.

Eksempel 1: AgCl

Vi vil afgøre, om AgCl (sølvchlorid) udfældes ved en fældningsreaktion.

AgCl er opbygget af Ag⁺ og Cl⁻ og er tungtopløseligt i vand. Ved tilstrækkelige ionkoncentrationer kan det fælde ud. Sammenlign Q_sp = [Ag⁺][Cl⁻] efter blanding med K_sp ved samme temperatur; et møde mellem ionerne alene er ikke nok.

Eksempel 2: NaCl

Vi vil afgøre, om NaCl (natriumchlorid) udfældes ved en fældningsreaktion.

NaCl er opbygget af Na⁺ og Cl⁻ og er letopløseligt i vand. Ved sædvanlige fortyndede forsøgsbetingelser forventer vi derfor ikke NaCl-bundfald. Opløseligheden er dog ikke uendelig; en meget koncentreret eller inddampet opløsning kan danne saltkrystaller.

Afstemning af en fældningsreaktion

Fældningsreaktioner afstemmes ved at se på ladningen af ionerne, der indgår i reaktionen. Reaktionsproduktet er et elektrisk neutralt bundfald. Reaktantsiden skal derfor have så mange af hver type ion, at ionerne tilsammen er elektrisk neutrale.

Eksempel

En opløsning af AgNO₃ (Ag⁺ og NO₃⁻) blandes med en opløsning af Na₂S (Na⁺ og S²⁻). Ag₂S er tungtopløseligt og kan fælde ud under de relevante koncentrations- og pH-betingelser. Na⁺ og NO₃⁻ er tilskuerioner i det viste nettoskema.

Vi ser på ladningen af de to ioner, som indgår i fældningen. Ag⁺ har ladningen +1, og S²⁻ har ladningen -2. Vi skal altså bruge 2 Ag⁺ for at danne bundfald med 1 S²⁻. Reaktionsskemaet bliver dermed:

2Ag⁺(aq) + S²⁻(aq) → Ag₂S(s)

Med stofformler ser reaktionsskemaet sådan ud:

2AgNO₃(aq) + Na₂S(aq) → Ag₂S(s) + 2NaNO₃(aq)

Brug opløselighedsproduktet til at vurdere fældning

Opløselighedsproduktet K_sp er ligevægtskonstanten for saltets opløsning ved en bestemt temperatur. For AgCl skriver man i fortyndet opløsning tilnærmet K_sp = [Ag⁺][Cl⁻]. Brug de aktuelle ionkoncentrationer efter blanding til at beregne Q_sp. Er Q_sp større end K_sp, er fældning termodynamisk mulig; et synligt bundfald kan også afhænge af tid og dannelse af krystalkim. K_sp er ikke en masse eller opløselighed direkte. Præcist defineres konstanten med aktiviteter.

Prøv koncentrationen før du forudsiger bundfald

For Ag₂S er udtrykket tilnærmet [Ag⁺]²[S²⁻]. Den dobbelte sølvkoefficient bliver en eksponent. I vand kan sulfid samtidig indgå i syre-base-ligevægte, så brug den aktuelle S²⁻-koncentration, ikke blot den tilsatte salts formelle koncentration.

Kontrollér både atomer og ladning

Konstrueret træningsøvelse: 2Ag⁺(aq) + S²⁻(aq) → Ag₂S(s)

Hvorfor står der 2 foran Ag⁺?

Se forklaringen

Ag₂S har to Ag pr. S. Venstresiden har ladningen 2·(+1)+(-2)=0, ligesom det neutrale faste salt. Én Ag⁺ ville hverken bevare atomtal eller ladning.

Prøv med mindre støtte: Afstem Ca²⁺ + PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂.

Kilder

• OpenStax Chemistry 2e15.1: Precipitation and dissolution