Het neerslag of chemische neerslag is een proces dat bestaat uit de vorming van een onoplosbare vaste stof uit het mengsel van twee homogene oplossingen. In tegenstelling tot de neerslag van regen en sneeuw, regent het bij dit type neerslag "vast" vanaf het oppervlak van de vloeistof.
In twee homogene oplossingen worden ionen opgelost in water. Wanneer deze een interactie aangaan met andere ionen (op het moment van mengen), maken hun elektrostatische interacties de groei van een kristal of een gelatineuze vaste stof mogelijk. Door de invloed van de zwaartekracht komt deze vaste stof terecht op de bodem van het glasmateriaal.
Neerslag wordt beheerst door een ionenbalans, die afhankelijk is van vele variabelen: van de concentratie en aard van de tussenliggende soorten tot de watertemperatuur en de toegestane contacttijd van de vaste stof met het water.
Bovendien zijn niet alle ionen in staat om dit evenwicht tot stand te brengen, of wat hetzelfde is, niet alle ionen kunnen de oplossing bij zeer lage concentraties verzadigen. Om bijvoorbeeld NaCl neer te slaan, is het nodig om het water te verdampen of meer zout toe te voegen.
Een verzadigde oplossing betekent dat het geen vaste stof meer kan oplossen, dus slaat het neer. Om deze reden is neerslag ook een duidelijk teken dat de oplossing verzadigd is.
Neerslagreactie
Als we een oplossing overwegen met opgeloste A-ionen en de andere met B-ionen, wanneer gemengd, voorspelt de chemische vergelijking van de reactie:
A + (ac) + B - (ac) <=> AB (s)
Het is echter "bijna" onmogelijk dat A en B aanvankelijk alleen zijn en noodzakelijkerwijs vergezeld moeten gaan van andere ionen met tegengestelde ladingen.
In dit geval vormt A + een oplosbare verbinding met de C - soort en B - doet hetzelfde met de D + -soort . Dus de chemische vergelijking voegt nu de nieuwe soort toe:
AC (ac) + DB (ac) <=> AB (s) + DC (ac)
Soort A + verplaatst Soort D + om solide AB te vormen; op zijn beurt verplaatst de soort C - B - om het oplosbare vaste DC te vormen.
Dat wil zeggen, er treden dubbele verplaatsingen op (metathesereactie). De neerslagreactie is dus een dubbele ionenverplaatsingsreactie.
Voor het voorbeeld in de bovenstaande afbeelding bevat het bekerglas goudkristallen van lood (II) jodide (PbI 2 ), een product van de zogenaamde " goudregen " -reactie:
Pb (NO 3 ) 2 (ac) + 2KI (aq) => PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq)
Volgens de vorige vergelijking, A = Pb 2+ , C - = NO 3 - , D = K + en B = I - .
Vorming van het neerslag
De wanden van de beker tonen gecondenseerd water van de intense hitte. Met welk doel wordt het water verwarmd? Om het vormingsproces van de PbI 2- kristallen te vertragen en het effect van de golden shower te accentueren.
Bij het ontmoeten van twee I - anionen vormt het Pb 2+ -kation een kleine kern van drie ionen, wat niet genoeg is om een kristal te bouwen. Evenzo verzamelen zich in andere gebieden van de oplossing andere ionen om kernen te vormen; Dit proces staat bekend als nucleatie.
Deze kernen trekken andere ionen aan en zo groeit het uit tot colloïdale deeltjes, die verantwoordelijk zijn voor de gele troebelheid van de oplossing.
Op dezelfde manier interageren deze deeltjes met anderen om stolsels te veroorzaken, en deze stolsels met anderen om uiteindelijk het neerslag te veroorzaken.
Wanneer dit echter gebeurt, is het neerslag gelatineus, met heldere hints van enkele kristallen die door de oplossing "dwalen". Dit komt doordat de kiemvormingssnelheid groter is dan de groei van de kernen.
Aan de andere kant wordt de maximale groei van een kern weerspiegeld in een schitterend kristal. Om dit kristal te garanderen, moet de oplossing enigszins oververzadigd zijn, wat wordt bereikt door de temperatuur voorafgaand aan het neerslaan te verhogen.
Dus als de oplossing afkoelt, hebben de kernen voldoende tijd om te groeien. Bovendien, aangezien de concentratie van de zouten niet erg hoog is, regelt de temperatuur het kiemvormingsproces. Bijgevolg profiteren beide variabelen van het verschijnen van PbI 2- kristallen .
Oplosbaarheid product
PbI 2 brengt een evenwicht tot stand tussen het en de ionen in oplossing:
PbI 2 (s) <=> Pb 2+ (ac) + 2I - (ac)
De constante van dit evenwicht wordt de oplosbaarheidsproductconstante K ps genoemd . De term "product" verwijst naar de vermenigvuldiging van de concentraties van de ionen waaruit de vaste stof bestaat:
K ps = 2
Hier bestaat de vaste stof uit de ionen die in de vergelijking worden uitgedrukt; het houdt echter geen rekening met de vaste stof in deze berekeningen.
De concentraties van Pb 2+ ionen en I - ionen zijn gelijk aan de oplosbaarheid van PbI 2 . Dat wil zeggen, door de oplosbaarheid van een van deze te bepalen, kan die van de andere en de constante Kps worden berekend .
Waar zijn de K ps- waarden voor laag in water oplosbare verbindingen voor? Het is een maat voor de mate van onoplosbaarheid van de verbinding bij een bepaalde temperatuur (25ºC). Dus hoe kleiner een K ps , hoe onoplosbaarder het is.
Door deze waarde te vergelijken met die van andere verbindingen, kan daarom worden voorspeld welk paar (bijv. AB en DC) het eerst zal neerslaan. In het geval van de hypothetische verbinding DC, kan de K ps ervan zo hoog zijn dat hogere concentraties D + of C - in oplossing nodig zijn om neer te slaan .
Dit is de sleutel tot wat bekend staat als fractionele neerslag. Evenzo kan, als men de K ps voor een onoplosbaar zout kent , de minimumhoeveelheid om het in één liter water neer te slaan, worden berekend.
In het geval van KNO 3 is er echter geen dergelijk evenwicht, dus het mist K ps . In feite is het een zeer oplosbaar zout in water.
Voorbeelden
Neerslagreacties zijn een van de processen die de wereld van chemische reacties verrijken. Enkele aanvullende voorbeelden (naast de golden shower) zijn:
AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO 3 (aq)
De bovenste afbeelding illustreert de vorming van het witte zilverchlorideprecipitaat. Over het algemeen hebben de meeste zilververbindingen een witte kleur.
BaCl 2 (aq) + K 2 SO 4 (aq) => BaSO 4 (s) + 2KCl (aq)
Er vormt zich een wit neerslag van bariumsulfaat.
2CuSO 4 (aq) + 2NaOH (aq) => Cu 2 (OH) 2 SO 4 (s) + Na 2 SO 4 (aq)
Het blauwachtige neerslag van dibasisch koper (II) sulfaat vormt zich.
2AgNO 3 (aq) + K 2 CrO 4 (aq) => Ag 2 CrO 4 (s) + 2KNO 3 (aq)
Het oranje neerslag van zilverchromaat vormt zich.
CaCl 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) => CaCO 3 (s) + 2NaCl (aq)
Het witte neerslag van calciumcarbonaat, ook wel kalksteen genoemd, vormt zich.
Fe (NO 3 ) 3 (aq) + 3NaOH (aq) => Fe (OH) 3 (s) + 3NaNO 3 (aq)
Ten slotte vormt zich het oranje neerslag van ijzer (III) hydroxide. Op deze manier produceren neerslagreacties elke verbinding.
Referenties
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5e ed.). PEARSON Prentice Hall, p 97-103.
- Der Kreole. (6 maart 2011). Gouden regen. . Opgehaald op 18 april 2018, van: commons.wikimedia.org
- Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (9 april 2017). Definitie van neerslagreactie. Opgehaald op 18 april 2018, van: thoughtco.com
- le Châtelier's Principle: Precipitation Reactions. Opgehaald op 18 april 2018, van: digipac.ca
- Prof. Botch. Chemische reacties I: netto ionische vergelijkingen. Opgehaald op 18 april 2018, van: lecturedemos.chem.umass.edu
- Luisbrudna. (8 oktober 2012). Zilverchloride (AgCl). . Opgehaald op 18 april 2018, van: commons.wikimedia.org
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren, p 150, 153, 776-786.