Inleiding tot de Scheikunde

Termen

• cationEen positief geladen ion, in tegenstelling tot een anion.
• anionEen negatief geladen ion, in tegenstelling tot een kation.
• precipitaatEen vaste stof die uit de vloeibare fase van een oplossing komt.
• precipitaatOm uit een vloeibare oplossing in vaste vorm te komen.
• sprecipitaatEen ion dat als reactant en als product in een chemische reactie voorkomt.
• onoplosbaarDat niet kan worden opgelost.

Precipitatiereacties

Soms reageren ionen in oplossing met elkaar tot een nieuwe stof die neerslaat; deze reactie wordt een precipitatiereactie genoemd. Er ontstaat een neerslag als elke combinatie van kationen en anionen een vaste stof kan worden.

Regels voor neerslag

Bedenk dat oplosbare verbindingen wel oplossen in water en onoplosbare verbindingen niet.

De volgende lijst geeft een overzicht van de combinaties die in oplossing neerslag vormen:

• Nitraten (NO3-): Alle zijn oplosbaar.
• Kalium- (K+), natrium- (Na+) en ammoniumzouten (NH4+): Alle zijn oplosbaar.
• Chloriden (Cl-), bromiden (Br-), en jodiden (I-): Alle zijn oplosbaar behalve zilver (Ag+), lood (II) (Pb2+), en kwik (II) (Hg2+) zouten.
• Sulfaten (SO42-): Alle zijn oplosbaar behalve lood (II) (Pb2+), barium (Ba2+), en calcium (Ca2+).
• Carbonaten (CO32-): Alle zijn onoplosbaar, behalve die van kalium (K+), natrium (Na+) en ammonium (NH4+).
• Samenstellingen met fluor: Alle zijn oplosbaar, behalve magnesium (Mg2+), calcium (Ca2+), strontium (Sr2+), barium (Ba2+), en lood(II) (Pb2+).
• Perchloraten (ClO4-) en acetaten (C2H3O2-): Alle zijn oplosbaar.
• Metaalhydroxiden (OH-) en -oxiden (O2-): De meeste zijn onoplosbaar.
• Zouten van fosfaten (PO43-), oxalaten (C2O42-), chromaten (CrO42-), en sulfiden (S2-): Over het algemeen onoplosbaar.

Voorbeeld van neerslagreactie

Stel je voor dat je twee reageerbuizen en drie oplossingen hebt: koper(II)chloride-oplossing (CuCl2), natriumcarbonaat-oplossing (Na2CO3) en natriumsulfaat-oplossing (Na2SO4). Je doet 5 mL koper(II)chloride in de buizen 1 en 2. Je voegt 5 mL natriumcarbonaat toe in buis 1. Er vormt zich een neerslag, dat lijkt op lichtblauwe stofdeeltjes. Je voegt voorzichtig de natriumsulfaatoplossing toe in buis 2. Er vormt zich geen neerslag. De oplossing blijft lichtblauw. Wat is er gebeurd?

Voor reactie 1 heb je de volgende ionen in je oplossing: Cu2+, Cl-, Na+, en CO32-. Het product dat ontstaat kan onoplosbaar zijn, in welk geval zich een neerslag vormt, of oplosbaar, in welk geval de oplossing helder zal zijn. Laten we eens kijken hoe de ionen in dit voorbeeld met elkaar gecombineerd kunnen zijn:

Cu^{2+} + CO_3 \rightarrow CuCO_3

Cu^{2+} + 2Cl^- rightarrow CuCl_2

Na^+ + Cl^- rightarrow NaCl

2Na^+ + CO_3 ^{2-} \rightarrow Na_2CO_3

De reacties waarbij natriumcarbonaat en koper(II)chloride de producten zijn, kun je automatisch uitsluiten omdat dit de beginreactanten waren. De evenwichtige reactievergelijking is:

{2Na^+} + {Cu^{2+}} + {CO_3 ^{2-}} + {Cl^-} \{CuCO_3} + {2Na^+} + {2Cl^-}

Je weet dat natriumchloride (NaCl) oplosbaar is in water, dus het overblijvende product (kopercarbonaat) moet het product zijn dat onoplosbaar is. Volgens de regels van het neerslaan zijn de enige oplosbare carbonaten (CO32-) kalium (K+), natrium (Na+) en ammonium (NH4+). Daarom zal Na2CO3 in oplossing blijven, maar CuCO3 zal neerslaan.

Merk op hoe de natrium- en chloride-ionen onveranderd blijven tijdens de reactie. Zij worden spectator-ionen genoemd. Ze kunnen uit de vergelijking worden verwijderd, zodat de totale neerslagreactie ontstaat:

Cu^{2+} + CO_3 \CuCO_3

Reactie 2 heeft Cu2+, Cl-, Na+, en SO42- in oplossing. De mogelijke combinaties van de ionen zijn als volgt:

Cu^{2+} + SO_4} ^{2-} \^rightarrow CuSO_4

Na^+ + Cl^- ^rightarrow NaCl

Cu^2+ 2Cl^- ^rightarrow CuCl_2

2Na^+ + SO_4 ^{2-} \rightarrow Na_2SO_4

Wederom kunnen de reacties waarbij natriumsulfaat en koper(II)chloride de producten zijn, worden uitgesloten, omdat zij de oorspronkelijke reactanten waren. De chemische reactievergelijking is:

{2Na^+} + {SO_4 ^{2-}} + {Cu^{2+}} + {2Cl^ -} \{2Na^+} + {SO_4 ^{2-}} + {Cu^{2+}} + {2Cl^-}

Als we volgens de regels bepalen welke van deze zouten oplosbaar en welke onoplosbaar zijn, dan zien we dat de meeste chloriden en de meeste sulfaten oplosbaar zijn. Daarom vormt zich bij deze tweede reactie geen neerslag. Zelfs wanneer de ionen recombineren, scheiden ze zich onmiddellijk en gaan terug in oplossing.

Toepassing van precipitatiereacties

recipitatiereacties worden vaak gebruikt om een bepaald ion uit de oplossing te isoleren. Het proces maakt selectieve verwijdering van ionen mogelijk door eigenschappen van oplosbaarheid. De eigenschap wordt gebruikt om ionen te scheiden in een methode die fractionele precipitatie wordt genoemd.

http://en.wikipedia.org/wiki/Spectator_ion
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.

http://en.wiktionary.org/wiki/insoluble
Wiktionary
CC BY-SA 3.0.

http://en.wikibooks.org/wiki/General_Chemistry_Laboratory/Types_of_Chemical_Reactions%23Precipitation
Wikibooks
CC BY-SA 3.0.

http://cnx.org/content/m38719/latest/
OpenStax CNX
CC BY 3.0.

http://s3.amazonaws.com/figures.boundless.com/50764773e4b0a77569daecb6/precipitation.jpg
Amazon Web Services
CC BY-SA 3.0.