AgCl - IMN/HTWK

7.4
Fällungs- und Komplexbildungsreaktionen
• Ionenaustausch-Reaktionen
Bei Ionenaustausch-Reaktionen von Ionenverbindungen tauschen Kationen und Anionen ihre
Bindungspartner aus. Die Triebkräfte der
Reaktionen liegen in der Bildung von
- schwer löslichen Niederschlägen.
(a)
- Gasen, die aus der Lösung entweichen.
(b)
- schwachen Elektrolyten, die in geringem
Umfang dissoziiert sind.
(c)
a) Fällungsreaktionen
+
-
+
-
Ag (aq) + NO3 (aq) + Na (aq) + Cl (aq)
+
-
AgCl ↓ (s) + Na (aq) + NO3 (aq)
b) Gasbildungsreaktionen
+
-
+
2-
2 H (aq) + 2 Cl (aq) + 2 Na (aq) + S (aq)
+
-
H2S ↑ (g) + 2 Na (aq) + Cl (aq)
c) z. B. Neutralisation
+
-
+
-
H (aq) + Cl (aq) + Na (aq) + OH (aq)
+
-
H2O (l) + Na (aq) + Cl (aq)
•
Löslichkeitsprodukt und Fällungsreaktionen
Viele Ionenverbindungen sind nur geringfügig
in Wasser löslich.
Im
Gleichgewichtszustand
ist
die
Geschwindigkeit der Auflösung und der
Wiederausscheidung gleich groß.
+
Ag
-
AgCl (s)
+
-
Ag (aq) + Cl (aq)
Cl
AgCl
T = 25 °C
c( Ag+ ) ⋅ c(Cl - )
K=
c( AgCl)
Da c(AgCl) = konstant, gilt:
+
-
KL = Kc ⋅ c(AgCl) = c(Ag ) ⋅ c(Cl )
Der Zahlenwert für das Löslichkeitsprodukt KL
ist eine quantitative Aussage über die
Löslichkeit einer Ionenverbindung.
Verwendung von KL
Schwer lösliche Salze (KL < 1):
Angabe der Löslichkeit in Form des Löslichkeitsproduktes
Leicht lösliche Salze (KL > 1):
Angabe der Löslichkeit in g Salz / 100 g Wasser
Fällungsreaktionen
Für eine Ionenverbindung ist
das Ionenprodukt < KL:
Die Lösung ist nicht
gesättigt.
das Ionenprodukt = KL:
Die Lösung ist
gesättigt.
das Ionenprodukt > KL:
Die Lösung ist übersättigt. Es kommt
zur Fällung, bis KL
erreicht wird.
Einige Ionennachweise durch Fällungsreaktionen
Nachweis
Fällung
KL
-
AgNO3-Lsg.
AgCl
1,7 ⋅ 10
-
AgNO3-Lsg.
AgBr
5 ⋅ 10
AgNO3-Lsg.
AgI
8,5 ⋅ 10
2-
BaCl2-Lsg.
BaSO4
1,5 ⋅ 10
CO3
2-
Ba(OH)2-Lsg.
BaCO3
1,6 ⋅ 10
2-
Pb(NO3)2-Lsg.
PbS
7 ⋅ 10
2+
(NH4)2C2O4-Lsg.
CaC2O4
1,3 ⋅ 10
3+
NaOH-Lsg.
Al(OH)3
5 ⋅ 10
3+
NaOH-Lsg.
Fe(OH)3
6 ⋅ 10
2+
K2CrO4-Lsg.
PbCrO4
Cl
Br
-
I
SO4
S
Ca
Al
Fe
Pb
*
*
Zugabe
2
-2
in mol ⋅ L
**
4
-4
in mol ⋅ L
-10
-13
-17
-9
-9
-29
-9
-33 **
-38 **
-16
2 ⋅ 10
• Komplexbildung
Kationen liegen in wässriger Lösung als AquoKomplexe vor. Andere Komplexe werden
durch stufenweisen Austausch von WasserLiganden gegen andere Liganden erhalten.
[Cr(H2O)6]3+ + NH3
[Cr(H2O)5NH3]3+ + H2O
[Cr(H2O)5NH3]3+ + NH3
[Cr(H2O)4(NH3)2]3+ + H2O
[Cr(H2O)(NH3)5]3+ + NH3
[Cr(H2O)6]3+ + 6 NH3
⋅
⋅
⋅
[Cr(NH3)6]3+ + H2O
[Cr(NH3)6]3+ + 6 H2O
Einfachkeitshalber wird das koordinierte Wasser
häufig nicht angegeben.
Cr3+ + 6 NH3
[Cr(NH3)6]3+
Cu2+ + 4 NH3
[Cu(NH3)4]2+
Ag+
[Ag(NH3)2]+
+ 2 NH3
• Komplex-Verbindungen
Ein Komplex-Ion besteht aus einem Metallion oder -atom als Zentralatom, an welchem
mehrere Moleküle oder Ionen, die Liganden,
angelagert sind.
+
Ag
+
Zentralatom
2 NH3
Ligand
+
[Ag(NH3)2]
Komplex
(Koordinationsverbindung)
KZ = 2
Die Anzahl der direkt an das Zentralatom
gebundenen
Atome
nennt
man
Koordinationszahl. Die häufigsten Koordinationszahlen sind 2, 4 oder 6.
Liganden, die sich mit einem Atom (ihres
Moleküls) an das Zentralatom binden, sind
einzähnig. Dagegen werden Liganden, die
sich mit zwei oder mehr Atomen ihres Moleküls
an
das
Zentralatom
binden
können,
zweizähnig oder mehrzähnig genannt.
Solche Komplexe werden als ChelatKomplexe (chele = Krebsschere) bezeichnet.
• Bindungsverhältnisse in Komplexen
Ein freier Ligand verfügt über wenigstens ein
nichtbindendes Elektronenpaar, das er dem
Zentralatom zur Verfügung stellen kann.
Die Art der Bindung zwischen Zentralatom und
Ligand reicht von überwiegend kovalent bis
überwiegend ionisch.
• Lösung durch Komplexbildung
Viele schwerlösliche Ionenverbindungen können
durch die Bildung von Komplexen in Lösung
gebracht werden.
Salze
+
-
AgCl (s)
Ag
Ag+ + 2 NH3
[Ag(NH3)2]+
AgCl (s) + 2 NH3
[Ag(NH3)2]+ + Cl-
+ Cl
+
Durch die Bildung des Komplexes [Ag(NH3)2]
wird die Konzentration an Ag+-Ionen in der
Lösung stark verringert. Das Ionenprodukt
+
c(Ag ) ⋅ c(Cl ) ist dann kleiner als das Löslichkeitsprodukt KL. AgCl löst sich fortwährend auf.
Metallhydroxide
3+
Al
-
Al(OH)3 (s)
-
[Al(OH)4]
+ 3 OH
Al(OH)3 (s) + OH
-
• Nomenklatur von Komplexen
-
Anionische Liganden erhalten Endung -o.
F
- Fluoro
CN
- Cyano
2Cl - Chloro
S2O3 - Thiosulfato
OH - Hydroxo
-
Bezeichnung neutraler Liganden wie folgt:
H2O - Aquo
NH3 - Ammin
-
Liganden in alphabetischer Reihenfolge;
Anzahl der Liganden durch griechisches Zahlwort
1
mono2
di3
tri4
tetra5
penta6
hexa-
-
Kationische und neutrale Komplexe mit deutschen
Namen des Zentralatoms
-
Anionische Komplexe mit lateinischen Namen des
Zentralatoms und Endung -at
Symbol
dt. Name
lat. Name
Anion. Kompl.
Fe
Eisen
Ferrum
-ferrat
Cu
Kupfer
Cuprum
-cuprat
Zn
Zink
Zinkum
-zinkat
Ag
Silber
Argentum
-argentat
Au
Gold
Aurum
-aurat
Pt
Platin
Platina
-platinat
Al
Aluminium
(unbekannt)
-aluminat
Cr
Chrom
(unbekannt)
-chromat
Ni
Nickel
(unbekannt)
-niccolat
Co
Cobalt
(unbekannt)
-cobaltat
-
Oxidationszahl (Ionenladung) des Zentralatoms
durch römische Ziffer
-
Ladung des Komplexes ergibt sich als Summe der
Ladungen des Zentralatoms und der Liganden
+
[Ag(NH3)2]
[Ag(NH3)2]Cl
4-
[Fe(CN)6]
K4[Fe(CN)6]
[Co(NH3)3Cl3]
Diamminsilber(I)-Komplex
Diamminsilber(I)-chlorid
Hexacyanoferrat(II)-Komplex
Kalium-hexacyanoferrat(II)
Triammintrichlorocobalt(III)
•
Beispiel Wasserhärte –
Ionenaustausch- und Komplexbildungsreaktionen
Unter der Wasserhärte versteht man die Stoff2+
2+
mengenkonzentration c(Ca
+ Mg ) in
mmol/L, die in Wasser gelöst vorliegt.
Wasserhärte bzw.
Gesamthärte
Calciumhärte
70 - 85 %
Magnesiumhärte
15 - 30 %
Carbonathärte bzw.
Härtehydrogencarbonat
Nichtcarbonathärte
bzw. Resthärte
(temporäre Härte)
(permanente Härte)
- Ca(HCO3)2
- Mg(HCO3)2
durch Kochen entfernbar
- CaSO4, CaCl2
- MgSO4, MgCl2
nicht durch Kochen
entfernbar
Härtebereiche von Trinkwasser
2+
Härtebereich
2+
c(Ca +Mg )
°dH
1
weich
0 - 1,3 mmol/L
0-7
2
mittelhart
1,3 - 2,5 mmol/L
7 - 14
3
hart
4
sehr hart
2+
1 mmol (Ca
2,5 - 3,8 mmol/L 14 - 21
> 3,8 mmol/L
2+
> 21
+ Mg ) / L H2O = 5,6 °dH
Enthärtung von Wasser
Fällung
Kalk-Soda-Verfahren
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2
2 CaCO3↓ + 2 H2O
CaSO4
CaCO3↓ + Na2SO4
+ Na2CO3
Trinatriumphosphat-Verfahren
3 Ca(HCO3)2 + 2 Na3PO4
2 Ca3(PO4)2↓ + 6 NaHCO3
3 CaSO4
2 Ca3(PO4)2↓ + 3 Na2SO4
+ 2 Na3PO4
Komplexbildung
Polyphosphate
Ca2+ + (P3O10)5-
[Ca(P3O10)]3-
Polycarboxylate
Ca2+ + EDTA4-
[Ca(EDTA)]2-