Wytrącanie osadów
Jak myślisz, czy sole mogą reagować ze sobą? Jeśli tak, to czy muszą być spełnione jakieś szczególne warunki, aby mogła zajść taka reakcja chemiczna? Czy można w jakiś sposób przewidzieć jej przebieg? Zapoznaj się z poniższym materiałem i odpowiedz na te pytania.
budowę soli;
proces dysocjacji elektrolitycznej oraz sposób zapisu równań dysocjacji elektrolitycznej soli i wodorotlenków;
pojęcia: rozpuszczalność i rozpuszczanie;
sposób korzystania z tablicy rozpuszczalności soli i wodorotlenków.
przewidywać, czy w wyniku zmieszania roztworów substancji ulegających w wodzie procesowi dysocjacji elektrolitycznej, utworzy się związek chemiczny trudno rozpuszczalny;
wyjaśniać, na czym polega reakcja strącania (strąceniowa);
przedstawiać przykłady reakcji strąceniowych w roztworze wodnym;
zapisywać równania reakcji strącania osadów za pomocą zapisów cząsteczkowych, jonowych pełnych i jonowych skróconych.
1. Na czym polega reakcja strącania osadu i w jaki sposób można ją opisać?
OsademOsadem możemy w uproszczeniu nazwać substancję stałą, która w podanych warunkach temperatury (i ciśnienia) praktycznie nie rozpuszcza się w środowisku, w którym się znajduje, np. w wodzie. Osady powstają zarówno w wyniku przemian fizycznych, jak i na skutek reakcji chemicznych. W tym materiale omówimy drugą z opisanych metod otrzymywania substancji trudno rozpuszczalnych w wodzie – wytrącaniewytrącanie na skutek reakcji chemicznych.
Sprawdź, czy po zmieszaniu wodnych roztworów chlorku sodu i azotanu potasu oraz chlorku sodu i azotanu srebra.
Przygotuj niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Wybierz hipotezę i zweryfikuj ją przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, zapoznaj się ze schematycznymi rysunkami, obrazującymi jego przebieg. Napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek.
Przeprowadzono doświadczenie, w którym sprawdzono, czy po zmieszaniu wodnych roztworów chlorku sodu i azotanu potasu oraz chlorku sodu i azotanu srebra, zostaną zaobserwowane objawy reakcji chemicznych.
Problem badawczy:
Czy chlorek sodu reaguje w roztworze wodnym z solami: azotanem potasu i azotanem srebra?
Hipoteza:
Chlorek sodu w roztworze wodnym reaguje tylko z azotanem srebra.
Co było potrzebne:
probówki;
statyw na probówki;
zlewki
łyżeczki
woda destylowana
chlorek sodu
azotan potas
azotanu srebra.
Przebieg doświadczenia:
. Do zlewki wlano wody destylowanej i wsypano pół łyżeczki chlorku sodu. Całość mieszano do otrzymania klarownego roztowru.
. Punkt 1 powtórzono dla azotanu potasu i azotanu srebra.
. Do dwóch probówek wlano takie same objętości (po około ) wodnych roztworów soli: do pierwszej azotanu srebra, a do drugiej azotanu potasu.
. Do każdej z probówek dodawano kroplami jednakową objętość (około ) wodnego roztworu chlorku sodu.
. Obserwowano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
W pierwszej z probówek (zawierającej wodny roztwór azotanu srebra) wytrąca się biały osad, a roztwór nad osadem jest bezbarwny. W drugiej (zawierającej wodny roztwór azotanu potasu) nie zaobserwowano objawów świadczących o przebiegu reakcji chemicznej.
Wniosek:
Chlorek sodu reaguje w roztworze wodnym z azotanem srebra, ale nie reaguje z azotanem potasu.
Napisz obserwacje i wniosek do przeprowadzonego doświadczenia.
Na podstawie odnotowanych obserwacji można wnioskować, że po zmieszaniu wodnych roztworów chlorku sodu i azotanu srebra, pomiędzy obiema solami zaszła reakcja chemiczna, w wyniku której otrzymano trudno rozpuszczalną w wodzie substancję. Co to za substancja? Na podstawie charakterystycznego dla chemii nieorganicznej podziału reakcji chemicznych możemy stwierdzić, że pomiędzy wspomnianymi solami, w roztworze wodnym, zachodziła reakcja wymianyreakcja wymiany (podwójnej), której przebieg możemy opisać za pomocą równania:
Aby sprawdzić, który z reagentów jest substancją trudno rozpuszczalną w wodzie, musimy skorzystać z tablicy rozpuszczalności soli i wodorotlenków. Sprawdźmy rozpuszczalność wszystkich reagentów opisanej reakcji chemicznej w wodzie:
Na podstawie tablicy rozpuszczalności wnioskujemy, że obydwie użyte w doświadczeniu sole (chlorek sodu i azotan srebra) są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Z kolei jeden z produktów opisanej reakcji chemicznej, chlorek srebra, jest substancją praktycznie nierozpuszczalną w wodzie. To właśnie ta sól, wchodzi w skład otrzymanego w doświadczeniu osadu (w równaniu reakcji możemy ten fakt zaznaczyć, zapisując za wzorem trudno rozpuszczalnej soli strzałkę skierowaną w dół). Drugi z produktów, azotan sodu to sól dobrze rozpuszczalna w wodzie, zatem znajduje się ona w roztworze nad osadem.
Sole dobrze rozpuszczalne w wodzie, ulegają pod wpływem działania jej cząsteczek, procesowi dysocjacji elektrolitycznej. Podając zapis jonowy pełny równań reakcji chemicznych sole te rozbijamy na jony. Z kolei soli praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie, w zapisie jonowym, nie rozbijamy na jony. Analizowane równanie reakcji w zapisie jonowym pełnym, będzie miało zatem postać:
Ponieważ równanie reakcji to najprostszy matematyczny zapis przebiegu reakcji chemicznej możemy uprościć (skrócić) wyrazy podobne, a więc jony znajdujące się po obydwu stronach zapisanego równania:
W ten sposób otrzymamy tzw. zapis jonowy skrócony równania reakcji:
z którego możemy wnioskować, że w rzeczywistości w reakcji chemicznej wzięły udział jedynie jony, które po połączeniu się utworzyły osad.
Po zmieszaniu wodnych roztworów chlorku sodu i azotanu() potasu nie zaobserwujemy objawów reakcji chemicznej, np. pojawienia się osadu, tak jak to miało miejsce w omówionym wyżej przykładzie. Możemy zatem wnioskować, że reakcja chemiczna pomiędzy tymi dwiema solami nie zachodzi. Dlaczego? Zapiszmy w formie cząsteczkowej, równanie hipotetycznej reakcji chemicznej (reakcji wymiany), która mogłaby przebiegać pomiędzy analizowanymi solami w roztworze wodnym:
Wykorzystując tablicę rozpuszczalności, sprawdźmy rozpuszczalność substratów i produktów tej hipotetycznej reakcji w wodzie.
Okazuje się, że w tym przypadku wszystkie reagenty są w wodzie dobrze rozpuszczalne, a więc ulegają procesowi dysocjacji elektrolitycznej. W zapisie jonowym (pełnym) musielibyśmy zatem wszystkie sole rozbić na jony:
Po uproszczeniu wyrazów podobnych:
okaże się, że wszystkie jony w zapisanym równaniu trzeba skrócić, więc analizowana reakcja w roztworze wodnym nie zachodzi. Po zmieszaniu wodnych roztworów chlorku sodu i azotanu potasu otrzymamy roztwór, w którym znajdują się jony pochodzące z dysocjacji elektrolitycznej obydwu soli.
Uwzględniając rozpuszczalność wszystkich reagentów w analizowanym doświadczeniu oraz proces dysocjacji elektrolitycznej soli, możemy doprecyzować schemat obrazujący przebieg tego doświadczenia:
Reakcję, w trakcie której po zmieszaniu ze sobą roztworów dwóch rozpuszczalnych substancji powstaje trudno rozpuszczalny związek chemiczny, nazywa się reakcją strącania osadu (reakcją strąceniową). Jej istotą jest reakcja pomiędzy niektórymi jonami, powstałymi z dysocjacji elektrolitycznej mieszanych ze sobą substancji. Reakcje strącania osadów są reakcjami wymiany podwójnej. Substraty użyte w reakcji strąceniowej muszą być dobrze rozpuszczalne w wodzie, a przynajmniej jeden z produktów reakcji musi być substancją w wodzie praktycznie nierozpuszczalną. Jeżeli reakcja strąceniowareakcja strąceniowa przebiega w roztworze wodnym pomiędzy dwiema solami, to jej schemat możemy przedstawić jako:
Przy czym druga z soli, będąca produktem opisanej reakcji chemicznej (sól ), również może wytrącić się z roztworu w postaci osadu (z praktycznego punktu widzenia, otrzymywanie soli trudno rozpuszczalnych w wodzie, podczas gdy w wyniku zachodzącej reakcji powstają dwa osady, nie jest wykorzystywane – otrzymane osady trudno bowiem rozdzielić).
2. Czy w reakcjach strącania osadów mogą brać udział inne substancje niż sole?
Sprawdź, czy po zmieszaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodu i siarczanu miedzi.
Przygotuj niezbędne odczynniki i przyrządy laboratoryjne. Wybierz hipotezę i zweryfikuj ją, przeprowadzając doświadczenie wg załączonej instrukcji. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego przeprowadzenia doświadczenia, zapoznaj się ze schematycznymi rysunkami, obrazującymi jego przebieg. Napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek.
Wykonano doświadczenie, w którym sprawdzono, czy po zmieszaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodu i siarczanu miedzi, zostaną zaobserwowane objawy świadczące o zajściu reakcji chemicznej.
Problem badawczy:
Czy po zmieszaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodu i siarczanu miedzi zajdzie reakcja chemiczna?
Hipoteza:
W wyniku zmieszania dwóch wodnych roztworów – wodorotlenku sodu i siarczanu miedzi – powstanie związek trudno rozpuszczalny (wytrąci się osad).
Co było potrzebne:
probówki;
statyw na probówki;
zlewki
łyżeczki
woda destylowana
wodorotlenek sodu
siarczan miedzi.
Przebieg doświadczenia:
. Do zlewki wlano wody destylowanej i wsypano pół łyżeczki odorotlenku sodu. Całość mieszano do otrzymania klarownego roztworu.
. W drugiej zlewce powtórzono procedurę z punktu 1 dla siarczanu miedzi.
. Do probówki wlano wodnego roztworu siarczanu miedzi.
. Dodano do niego podobną objętość wodnego roztworu wodorotlenku sodu.
. Obserwano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
Wytrąca się niebieski (galaretowaty) osad.
Wnioski:
Wodorotlenek sodu reaguje w roztworze wodnym z siarczanem miedzi, a w wyniku zachodzącej reakcji powstaje substancja trudno rozpuszczalna w wodzie.
Napisz obserwacje i wniosek do przeprowadzonego doświadczenia.
Na podstawie odnotowanych obserwacji można wnioskować, że po zmieszaniu wodnych roztworów wodorotlenku sodu i siarczanu miedzi, pomiędzy obiema substancjami zaszła reakcja chemiczna, w wyniku której wytrącił się osad. Jaka substancja tym razem stanowi osad? Zapiszmy równanie zachodzącej reakcji chemicznej w formie cząsteczkowej:
Pamiętaj o dobraniu współczynników stechiometrycznych:
Wykorzystując tablicę rozpuszczalności, sprawdźmy rozpuszczalność wszystkich reagentów w wodzie.
Substraty analizowanej reakcji chemicznej, a więc wodorotlenek sodu i siarczan() miedzi(), to substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie, podobnie jak siarczan() sodu, czyli sól będąca produktem tej reakcji. Drugi z produktów rozważanej reakcji – wodorotlenek miedzi() – jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie i to on wytrącił się z roztworu w postaci niebieskiego (galaretowatego) osadu.
Pamiętając, że sole i wodorotlenki dobrze rozpuszczalne w wodzie ulegają w niej procesowi dysocjacji elektrolitycznej, możemy zapisać równanie reakcji chemicznej zachodzącej podczas doświadczenia w formie jonowej (zapis pełny):
oraz stosując tzw. zapis jonowy skrócony:
Po uwzględnieniu rozpuszczalności wszystkich reagentów w analizowanym doświadczeniu oraz procesu dysocjacji elektrolitycznej soli i wodorotlenków, schemat obrazujący przebieg tego doświadczenia możemy opisać:
Po przeprowadzeniu doświadczenia nr 2 można wyciągnąć jednoznaczny wniosek – w reakcjach strącania osadów udział mogą brać również inne substancje niż sole, np. wodorotlenki. Schemat reakcji przebiegającej w roztworze wodnym między solą a wodorotlenkiem, możemy przedstawić jako:
Pamiętając, że drugi z produktów opisanej reakcji chemicznej (sól 2) również może być substancją trudno rozpuszczalną w wodzie.
3. Przewidywanie przebiegu reakcji strąceniowej
Kiedy zmieszamy ze sobą wodne roztwory substancji, które w tych roztworach występują w postaci jonów (a więc są dobrze rozpuszczalne w wodzie), może się zdarzyć, że kation jednej substancji utworzy trudno rozpuszczalny związek chemiczny z anionem drugiej substancji. Obserwujemy wówczas strącanie się osadu.
Aby przewidzieć, czy po zmieszaniu dwóch roztworów substancji o budowie jonowej wytrąci się osad, wykorzystuje się tablicę rozpuszczalności soli i wodorotlenków w wodzie. Na jej podstawie możemy ocenić, czy obecne w powstałej mieszaninie jony utworzą trudno rozpuszczalną w wodzie substancję.
Z tablicy rozpuszczalności wynika, że siarczan() baru jest solą nierozpuszczalną. Na podstawie tej informacji oceń, czy po zmieszaniu wodnych roztworów soli – chlorku baru i siarczanu() sodu – wytrąci się osad. Jeśli tak, napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej, stosując zapis cząsteczkowy, jonowy (pełny) oraz jonowy skrócony.
Z tablicy rozpuszczalności wynika, że wodorotlenek glinu jest nierozpuszczalny w wodzie. Na podstawie tej informacji oceń, czy po zmieszaniu wodnych roztworów azotanu() glinu i wodorotlenku potasu, wytrąca się osad. Jeśli tak, napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej, stosując zapis cząsteczkowy, jonowy (pełny) oraz jonowy skrócony.
Z informacji zawartych w tablicy rozpuszczalności wynika, że zarówno chlorek sodu, jak i bromek wapnia, są solami rozpuszczalnymi w wodzie. Oceń, czy po zmieszaniu wodnych roztworów soli – chlorku wapnia i bromku sodu – wytrąca się osad. Jeśli tak, napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej, stosując zapis cząsteczkowy, jonowy (pełny) oraz jonowy skrócony.
4. Czy wytrącenie trudno rozpuszczalnego związku można zaplanować?
Jeśli chcemy przeprowadzić reakcję strącania osadu, musimy zmieszać ze sobą dwa wodne roztwory, rozpuszczalnych w wodzie substancji, których jony będą tworzyć trudno rozpuszczalny związek chemiczny.
Aby otrzymać choćby trudno rozpuszczalny w wodzie fosforan() wapnia, należy zmieszać ze sobą dwa roztwory soli dobrze rozpuszczalnych w wodzie, z których jeden powinien zawierać kationy wapnia, a drugi aniony fosforanowe(). Wtedy możliwe będzie wytrącenie z roztworu żądanej soli.
Analizując dane zawarte w tablicy rozpuszczalności, zauważymy, że kationy wapnia tworzą dobrze rozpuszczalne w wodzie sole z trzema różnymi anionami. Z kolei aniony fosforanowe() tworzą sole dobrze rozpuszczalne w wodzie z dwoma różnymi kationami.
Do otrzymania fosforanu() wapnia możemy zatem wykorzystać aż sześć różnych zestawów wodnych roztworów soli.
Poniżej przedstawiono zapis równań dwóch przykładowych reakcji otrzymywania fosforanu() wapnia w reakcji strąceniowej. Przeanalizuj te zapisy, a następnie napisz równania pozostałych czterech reakcji chemicznych, które prowadzą do otrzymania osadu fosforanu() wapnia. Równania reakcji zapisz w formie cząsteczkowej, jonowej (pełnej) i jonowej skróconej.
Podsumowanie
Sole dobrze rozpuszczalne w wodzie mogą w roztworze wodnym reagować z innymi dobrze rozpuszczalnymi w wodzie solami i wodorotlenkami, pod warunkiem że w reakcjach tych powstają trudno rozpuszczalne produkty.
Jeśli w roztworze wodnym zachodzi reakcja między dwiema solami, to produktem trudno rozpuszczalnym jest również sól.
Jeśli w roztworze wodnym zachodzi reakcja między solą i wodorotlenkiem, to produktem trudno rozpuszczalnym może być wodorotlenek lub sól.
Reakcje zachodzące w roztworze wodnym pomiędzy jonami pochodzącymi od dwóch różnych substancji, które razem tworzą trudno rozpuszczalny związek, nazywa się reakcjami strącania osadów (reakcjami strąceniowymi).
Reakcje strącania osadów można przewidzieć na podstawie tablicy rozpuszczalności, sprawdzając, czy jony, które znajdą się w roztworze po zmieszaniu dwóch rozpuszczalnych w wodzie substancji, połączą się ze sobą w związek trudno rozpuszczalny w wodzie.
Reakcje przebiegające w roztworach wodnych między solami oraz między solami a wodorotlenkami są przykładami reakcji wymiany:
Uwaga: w przypadku drugiego ze schematów, produktem trudno rozpuszczalnym w wodzie (zamiast wodorotlenku 1) może być sól 2. W niektórych reakcjach strąceniowych obydwa produkty reakcji są substancjami trudno rozpuszczalnymi w wodzie.
W jaki sposób można w reakcji strącania uzyskać sól, która jest głównym składnikiem wapieni? Napisz równania trzech wybranych reakcji, stosując zapis cząsteczkowy, jonowy pełny i jonowy skrócony.
Słownik
substancja w stałym stanie skupienia, nierozpuszczalna w danym środowisku (w tym materiale w środowisku wodnym; w roztworze wodnym) w danej temperaturze; może powstawać zarówno w wyniku przemian fizycznych (np. krystalizacji), jak i reakcji chemicznych (np. reakcji strącania osadów omówionych w tym materiale)
wydzielanie jednego lub kilku składników roztworu (zwykle wodnego) w postaci trudno rozpuszczalnego osadu, który powstaje na skutek zachodzącej w roztworze reakcji chemicznej
reakcja, w wyniku której z dwóch reagujących ze sobą substancji chemicznych (substratów) powstają nowe substancje chemiczne (produkty); rozróżnia się dwa typy reakcji wymiany: pojedynczej (przebiega wg schematu ) oraz podwójnej (przebiega wg schematu ); omówione w tym materiale reakcje strącania osadów to reakcje wymiany podwójnej
proces rozpadu na jony pod wpływem cząsteczek rozpuszczalnika (w tym materiale wody)
reakcja chemiczna, która zachodzi w roztworze np. wodnym między jonami pochodzącymi od zmieszanych ze sobą substancji; prowadzi do powstania trudno rozpuszczalnego związku, który wytrąca się z roztworu w postaci osadu
Ćwiczenia
Oceń, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe.
Prawda | Fałsz | |
Wszystkie sole rozpuszczalne w wodzie reagują ze sobą. | □ | □ |
Sole mogą reagować z niektórymi wodorotlenkami. | □ | □ |
Na podstawie tablicy rozpuszczalności można przewidzieć, które jony w roztworze będą reagowały ze sobą, tworząc trudno rozpuszczalny produkt. | □ | □ |
Reakcja strąceniowa może zachodzić między cząsteczkami. | □ | □ |
W reakcji strąceniowej mogą powstawać trudno rozpuszczalne wodorotlenki metali. | □ | □ |
Wskaż sole, które utworzą z azotanem(V) ołowiu(II) trudno rozpuszczalną w wodzie sól, i te, które nie będą z nią reagować.
<span aria-label="NaCl" role="math"><math><mrow><mtext>NaCl</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="KBr" role="math"><math><mrow><mtext>KBr</mtext></mrow></math></span>, <span aria-label="Ca nawias NO indeks dolny, 3, zamknięcie nawiasu indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mrow><mtext>Ca</mtext><mtext>(</mtext><msub><mtext>NO</mtext><mtext>3</mtext></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="Na indeks dolny, 2, CO indeks dolny, 3" role="math"><math><mrow><msub><mtext>Na</mtext><mtext>2</mtext></msub><msub><mtext>CO</mtext><mtext>3</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="Mg nawias NO indeks dolny, 3, zamknięcie nawiasu indeks dolny, 2" role="math"><math><mrow><msub><mrow><mtext>Mg</mtext><mtext>(</mtext><msub><mtext>NO</mtext><mtext>3</mtext></msub><mtext>)</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msub></mrow></math></span>, <span aria-label="ZnSO indeks dolny, 4" role="math"><math><mrow><msub><mtext>ZnSO</mtext><mtext>4</mtext></msub></mrow></math></span>
sole, które będą reagować z azotanem(V) ołowiu(II) | |
---|---|
sole, które nie będą reagować z azotanem(V) ołowiu(II) |
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia. Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko‑Biała 2010.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1. Chemia ogólna i nieorganiczna. Zakres rozszerzony, Warszawa 2012.
Szczypiński R., Projektowanie doświadczeń chemicznych, Warszawa 2019.