Lehramt 1a Sommersemester 2010 1

Das chemische Gleichgewicht

1)1) GrundlagenGrundlagen

�� Viele Substanzen sind in Wasser Viele Substanzen sind in Wasser „„praktischpraktisch““ nicht lnicht lööslich, slich, d.h. sie sind nur d.h. sie sind nur sehr geringfsehr geringfüügiggig llööslich. (Tatsslich. (Tatsäächlich chlich nichtnicht

llöösliche Stoffe gibt es nicht!)sliche Stoffe gibt es nicht!)

�� SchwerlSchwerlöösliche Verbindungensliche Verbindungen

In Wasser bilden sich auch hier Gleichgewicht aus, z.B.:In Wasser bilden sich auch hier Gleichgewicht aus, z.B.:

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

AgCl(fAgCl(f) ) AgAg++(aq(aq) + ) + ClCl--(aq(aq))

AgCl(f)

Ag+

Ag+Ag+

Cl-

Cl- Cl-

GesättigteLösung

)]f(AgCl[c)Cl(c)Ag(c

K−+

⋅=

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt�� Wir betrachten hier die gesWir betrachten hier die gesäättigte Lttigte Löösung (hier Agsung (hier Ag++ und Clund Cl--) )

üüber dem festen Bodenkber dem festen Bodenköörper (hier: AgCl(f)). Nur wenn ein rper (hier: AgCl(f)). Nur wenn ein fester Bodenkfester Bodenköörper vorliegt, ist sichergestellt, dass die rper vorliegt, ist sichergestellt, dass die LLöösung gessung gesäättigt ist.ttigt ist.

Der Wert fDer Wert füür c[AgCl(f)] ist dann konstant und kann in die r c[AgCl(f)] ist dann konstant und kann in die Gleichgewichtskonstante einbezogen werden, die dann Gleichgewichtskonstante einbezogen werden, die dann LLööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt (K(KLL) genannt wird ) genannt wird (hier: K(hier: KLL=K=K··c[AgCl(f)]):c[AgCl(f)]):

�� Das LDas Lööslichkeitsprodukt Kslichkeitsprodukt KLL kann aus der Lkann aus der Lööslichkeit L einer slichkeit L einer Verbindung bestimmt werden. Sind L bzw. KVerbindung bestimmt werden. Sind L bzw. KLL sehr klein, so sehr klein, so ist der Stoff ist der Stoff schwerlschwerlööslichslich..

�� Bei der Formulierung von KBei der Formulierung von KLL ist die ist die StStööchiometriechiometrie der der Reaktion zu beachten!Reaktion zu beachten!

LLööslichkeitsprodukt:slichkeitsprodukt: KKLL = c(Ag= c(Ag++) ) ·· c(Clc(Cl--))

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt�� StStööchiometrie und Lchiometrie und Lööslichkeitsprodukt Kslichkeitsprodukt KLL

Beispiele:Beispiele:

Mg(OH)Mg(OH)22(f) Mg(f) Mg2+2+(aq) + 2 (aq) + 2 OHOH--(aq(aq) )

KKLL = c(Mg= c(Mg2+2+) ) ·· cc22(OH(OH--))

�� Anmerkung:Anmerkung:

Manche Stoffe lManche Stoffe löösen sich in Wasser besser als nach dem sen sich in Wasser besser als nach dem LLööslichkeitsprodukt zu erwarten.slichkeitsprodukt zu erwarten.

z.B.: BaCOz.B.: BaCO33, PbS, ..., PbS, ...

BiBi22SS33(f) 2 Bi(f) 2 Bi3+3+(aq) + 3 S(aq) + 3 S22--(aq) (aq)

KKLL = c= c22(Bi(Bi3+3+) ) ·· cc33(S(S22--))

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas LööslichkeitsproduktslichkeitsproduktUrsachenUrsachen

•• Folgereaktionen:Folgereaktionen:

Weiteres Gleichgewicht:Weiteres Gleichgewicht:

BaCOBaCO33(f) Ba(f) Ba2+2+(aq) + CO(aq) + CO3322--(aq) (aq)

H2O

COCO3322--(aq) + H(aq) + H22O HCOO HCO33

--(aq) + (aq) + OHOH--(aq(aq))

ÜÜber die zweite Reaktion wird das COber die zweite Reaktion wird das CO3322----Ion aus dem Ion aus dem

ersten Gleichgewicht entfernt, sodass mehr BaCOersten Gleichgewicht entfernt, sodass mehr BaCO33 in in LLöösung geht.sung geht.

•• Salzeffekt:Salzeffekt:

Beobachtung: AgCl ist in Wasser um ca. 20% Beobachtung: AgCl ist in Wasser um ca. 20% „„besserbesser““llööslich, wenn die Lslich, wenn die Löösung 0,02 mol/L KNOsung 0,02 mol/L KNO33 enthenthäält.lt.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

Ursache: Die KUrsache: Die K++-- und NOund NO33----Ionen schirmen die ClIonen schirmen die Cl---- und und

AgAg++--Ionen ab, indem sie sich aufgrund der jeweils Ionen ab, indem sie sich aufgrund der jeweils entgegengesetzten Ladungen um sie herum anordnen.entgegengesetzten Ladungen um sie herum anordnen.

Damit kDamit köönnen mehr Agnnen mehr Ag++ und Clund Cl-- in Lin Löösung bleiben als es sung bleiben als es nach dem Gleichgewicht fnach dem Gleichgewicht füür die Fr die Fäällungsreaktion mllungsreaktion mööglich glich wwääre:re:

Dieses Gleichgewicht wird also Dieses Gleichgewicht wird also „„nach links verschobennach links verschoben““..

AgAg++(aq(aq) + ) + ClCl--(aq(aq) ) AgCl(fAgCl(f))

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

�� Beispielrechnung:Beispielrechnung:

Bei 25 Bei 25 °°C lC löösen sich 7,8 sen sich 7,8 ·· 1010--55 mol mol SilberchromatSilberchromat in 1 L Wasser. in 1 L Wasser. WieWie grogroßß istist dasdas LLööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt von von SilberchromatSilberchromat??

AgAg22CrOCrO44(f) 2 (f) 2 AgAg++(aq(aq) + CrO) + CrO4422--(aq)(aq)

c(Agc(Ag++) = 2 ) = 2 ·· c(CrOc(CrO4422--) =) = 2 2 ·· 7,8 7,8 ·· 1010--55 mol/Lmol/L

c(CrOc(CrO4422--) =) = 7,8 7,8 ·· 1010--55 mol/Lmol/L

L = L = cc22(Ag(Ag++) ) ·· c(CrOc(CrO4422--) = () = (2 2 ·· 7,8 7,8 ·· 1010--55))22 ·· 7,8 7,8 ·· 1010--55 molmol33/L/L33

L = 1,9 L = 1,9 ·· 1010--1212 molmol33/L/L33

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(B)c)A(c I somit )B(c)A(cK babGl

aGl ⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅====

L

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Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

2)2) FFäällungsreaktionenllungsreaktionen

�� Das LDas Lööslickeitsprodukt Kslickeitsprodukt KLL macht, ebenso wie die macht, ebenso wie die LLööslichkeit L, quantitative Aussagen slichkeit L, quantitative Aussagen üüber die Lber die Lööss--lichkeit einer Verbindung in einem Llichkeit einer Verbindung in einem Löösungsmittel, sungsmittel, hier meist Wasser.hier meist Wasser.

�� Analog zum Reaktionsquotienten Q kann man ein Analog zum Reaktionsquotienten Q kann man ein Ionenprodukt IIonenprodukt I festlegen, das defininiert ist wie festlegen, das defininiert ist wie das Ldas Lööslickeitsprodukt Kslickeitsprodukt KLL, allerdings sind die , allerdings sind die Konzentrationsangaben wiederum Konzentrationsangaben wiederum keinekeine GleichGleich--gewichtswerte. gewichtswerte. Allgemeine Reaktion:Allgemeine Reaktion:

AAaaBBbb(f) (f) ⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄ a A(gela A(gelööst) + b B(gelst) + b B(gelööst)st)

Mit:Mit: ccGlGl(A(A)) : Gleichgewichtskonzentration des Stoffes A: Gleichgewichtskonzentration des Stoffes Ac (A)c (A) : Gegebene, aktuelle Konzentration des Stoffes A: Gegebene, aktuelle Konzentration des Stoffes A

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

Es kEs köönnen drei Fnnen drei Fäälle unterschieden werden:lle unterschieden werden:

a)a) Ionenprodukt I < LIonenprodukt I < Lööslickeitsprodukt Kslickeitsprodukt KLL

Die LDie Löösung ist sung ist nicht gesnicht gesäättigtttigt. Weitere Substanz kann . Weitere Substanz kann gelgelööst werden, bis I = Kst werden, bis I = KLL..

b)b) Ionenprodukt I = LIonenprodukt I = Lööslickeitsprodukt Kslickeitsprodukt KLL

Die LDie Löösung ist sung ist gesgesäättigtttigt. Gleichgewicht.. Gleichgewicht.

c)c) Ionenprodukt I > LIonenprodukt I > Lööslickeitsprodukt Kslickeitsprodukt KLL

Die LDie Löösung ist sung ist üübersbersäättigtttigt. Es kommt zur F. Es kommt zur Fäällung des llung des gelgelöösten Stoffes, bis I = Ksten Stoffes, bis I = KLL..

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

3)3) Beeinflussung der LBeeinflussung der Lööslichkeitsgleichgewichteslichkeitsgleichgewichtea)a) Durch Durch gleichionige Zusgleichionige Zusäätzetze

�� Erzwingende FErzwingende Fäällungllung

Beispiel: Beispiel: BaSOBaSO44

BaSOBaSO44(f) Ba(f) Ba2+2+(aq) + SO(aq) + SO4422--(aq) (aq)

KKLL = c(Ba= c(Ba2+2+))··c(c(SOSO4422--))

Da Da KKLL konstant ist, folgt:konstant ist, folgt:

Wird c(Wird c(SOSO4422--) erh) erhööht, so sinkt c(Baht, so sinkt c(Ba2+2+) in der L) in der Löösung.sung.

Anwendung: VollstAnwendung: Vollstäändigere (ndigere („„quantitativequantitative““) F) Fäällung des llung des schwerlschwerlööslichen BaSOslichen BaSO44 durch Zusatz von durch Zusatz von NaNa22SOSO44 zur Lzur Löösung.sung.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt�� Rechenbeispiel:Rechenbeispiel:

Wird Mg(OH)Wird Mg(OH)22 ausgefausgefäällt, wenn in einer Lllt, wenn in einer Löösung von sung von MangesiumnitratMangesiumnitrat mit c(Mg(NOmit c(Mg(NO33))22 = 0,001 mol/L der = 0,001 mol/L der pHpH--Wert auf pH = 9 eingestellt wird?Wert auf pH = 9 eingestellt wird?(L(Mg(OH)(L(Mg(OH)22 = 8,9 = 8,9 ·· 1010--1212 molmol33/L/L33) )

Mg(OH)Mg(OH)22(f) Mg(f) Mg2+2+(aq) + 2 (aq) + 2 OHOH--(aq(aq) )

Prinzipiell: Ist Prinzipiell: Ist c(c(OHOH--) gro) großß, liegt das Gleichgewicht links., liegt das Gleichgewicht links.

pH = 9:pH = 9: p(OHp(OH) = 14 ) = 14 --9 = 5 Somit: 9 = 5 Somit: c(c(OHOH--) = 10) = 10--55 mol/Lmol/L

Ionenprodukt = c(Ionenprodukt = c(MgMg2+2+)) ·· cc22((OHOH--) = 10) = 10--33 mol/L mol/L ·· ((1010--55 mol/L)mol/L)22

= 1,0 = 1,0 ·· 1010--1313 molmol33/L/L3 3 << 8,9 8,9 ·· 1010--1212 molmol33/L/L33

L L wirdwird nichtnicht erreichterreicht, , somitsomit keinekeine FFäällungllung beibei pH = 9.pH = 9.

pH = 11:pH = 11: p(OHp(OH) = 14 ) = 14 --11 = 3 Somit: 11 = 3 Somit: c(c(OHOH--) = 10) = 10--33 mol/Lmol/L

Ionenprodukt = 1,0 Ionenprodukt = 1,0 ·· 1010--99 molmol33/L/L3 3 >> L L Mg(OH)Mg(OH)22 ffäällt aus.llt aus.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt�� Besonderheiten:Besonderheiten:

KKöönnen bei einer Reaktion mehrere schwerlnnen bei einer Reaktion mehrere schwerlöösliche sliche Verbindungen entstehen, so fVerbindungen entstehen, so fäällt diejenige zuerst aus, bei llt diejenige zuerst aus, bei der das Lder das Lööslichkeitsprodukt zuerst slichkeitsprodukt zuerst üüberschritten wird.berschritten wird.

Beispiel: Zu einer LBeispiel: Zu einer Löösung, die Clsung, die Cl-- und CrOund CrO4422-- enthenthäält, wird lt, wird

eine Ageine Ag++ --haltigehaltige LLöösung gegeben.sung gegeben.AgCl und AgAgCl und Ag22CrOCrO44 sind beide schwerlsind beide schwerlööslich;slich;AgCl hat des kleinere LAgCl hat des kleinere Lööslichkeitsprodukt, fslichkeitsprodukt, fäällt llt somit zuerst aus, da fsomit zuerst aus, da füür seine Fr seine Fäällung eine llung eine kleinere Agkleinere Ag++ --Konzentration ausreicht.Konzentration ausreicht.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

�� Verhinderung einer FVerhinderung einer Fäällungllung

Um das Ausfallen eines Stoffes zu Verhindern, muss Um das Ausfallen eines Stoffes zu Verhindern, muss sein Ionenprodukt I kleiner gehalten werden als sein sein Ionenprodukt I kleiner gehalten werden als sein LLööslichkeitsprodukt Kslichkeitsprodukt KLL..

Beispiel: Beispiel: Mg(OH)Mg(OH)22

Mg(OH)Mg(OH)22(f) Mg(f) Mg2+2+(aq) + 2 (aq) + 2 OHOH--(aq(aq) )

KKLL = c(Mg= c(Mg2+2+))··cc22(OH(OH--))

Damit Mg(OH)Damit Mg(OH)22 nicht ausfnicht ausfäällt, muss die OHllt, muss die OH----Konzentration Konzentration klein gehalten werden. Dies kann z.B. durch Zugabe von klein gehalten werden. Dies kann z.B. durch Zugabe von NHNH44Cl geschehen. Die OHCl geschehen. Die OH----Ionen werden gebunden Ionen werden gebunden ((„„abgefangenabgefangen““) weil das folgende Gleichgewicht weitgehend ) weil das folgende Gleichgewicht weitgehend rechts liegt:rechts liegt:

NHNH44++(aq) + (aq) + OHOH--(aq(aq) NH) NH33(aq) + H(aq) + H22O O

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsproduktb)b) KomplexgleichgewichteKomplexgleichgewichte

�� Beobachtung: Beobachtung: SchwerlSchwerlöösliche Metallsalze ksliche Metallsalze köönnen in vielen Fnnen in vielen Fäällen durch llen durch Zusatz eines Stoffes (in der Regel einer Zusatz eines Stoffes (in der Regel einer LewisLewis--BaseBase) in ) in LLöösung gebracht werden.sung gebracht werden.

�� ErklErkläärung:rung:Es bilden sich sehr stabile, leichtlEs bilden sich sehr stabile, leichtlöösliche Komplexsliche Komplex--Ionen Ionen oder Komplexverbindungen.oder Komplexverbindungen.

Beispiele fBeispiele füür wasserlr wasserlöösliche Komplexe:sliche Komplexe:

[Ag(NH[Ag(NH33)])]++, [Cu(NH, [Cu(NH33))44]]2+2+, [Au(CN), [Au(CN)22]]--, ..., ...

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

In wIn wäässriger Lssriger Löösung: solvatisierte Kationen Msung: solvatisierte Kationen Mn+n+(aq)(aq)

Das entspricht Komplexverbindungen, z.B. [Cu(HDas entspricht Komplexverbindungen, z.B. [Cu(H22O)O)66]]2+2+

LigandenaustauschLigandenaustausch--Reaktionen, z.B.:Reaktionen, z.B.:

[Cu(H[Cu(H22O)O)66]]2+2+ + 4 NH+ 4 NH33 [Cu(H[Cu(H22O)O)22(NH(NH33))44]]2+2+ + 4 H+ 4 H22O O

Komplexe kKomplexe köönnen Salze bilden, z.B.: nnen Salze bilden, z.B.: [Cu(NH[Cu(NH33))44]SO]SO44

LadungLadung des des KomplexionsKomplexions, Beispiele:, Beispiele:

[Co(NH[Co(NH33))55Cl][(NOCl][(NO33))22] ] ≙≙≙≙≙≙≙≙ [Co(NH[Co(NH33))55Cl]Cl]2+2+ + 2 NO+ 2 NO33--

[Cr(H[Cr(H22O)O)44ClCl22]]++ ≙≙≙≙≙≙≙≙ [Cr(H[Cr(H22O)O)44ClCl22]]++-10+3

2·(-1)0+3{{{{ }}}}

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

c)c) Zusammenhang der Komplexbildung mit der LZusammenhang der Komplexbildung mit der Lööslichkeitslichkeit

Prozess:Prozess:

BeispielBeispiel::

AgCl(fAgCl(f) [Ag(NH) [Ag(NH33))22]]++(aq)(aq)(l(lööslicher Komplex)slicher Komplex)

NHNH33

(Liganden)(Liganden)

SchwerlSchwerlööslicheslicheVerbindungVerbindung LLöösungsung

((KomplexierungKomplexierung))

LigandenLiganden

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

c)c) Zusammenhang der Komplexbildung mit der LZusammenhang der Komplexbildung mit der Lööslichkeitslichkeit

Prozess:Prozess:

FFüür das Beispielr das Beispiel

Ergibt sich die Frage: Ergibt sich die Frage: WievielWieviel AgCl kann mit welcher NHAgCl kann mit welcher NH33--Konzentration gelKonzentration gelööst werden?st werden?Gegeben: KGegeben: KLL = 1,7= 1,7··1010--1010 molmol22··LL--22 KKKK = 1,67= 1,67··101077 LL22··molmol--22

Reaktionsgleichungen:Reaktionsgleichungen:

SchwerlSchwerlööslicheslicheVerbindungVerbindung LLöösungsung

((KomplexierungKomplexierung))

LigandenLiganden

AgCl(fAgCl(f) [Ag(NH) [Ag(NH33))22]]++(aq)(aq)(l(lööslicher Komplex)slicher Komplex)

NHNH33

(Liganden)(Liganden)

AgCl(fAgCl(f) Ag) Ag++ + Cl+ Cl--

AgCl(fAgCl(f) + 2 NH) + 2 NH3 3 [Ag(NH[Ag(NH33))22]]++ + Cl+ Cl--

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

MitMit

Es gilt:Es gilt:(1)(1) Da KDa KKK sehr grosehr großß ist (ist (≈≈101077), ist c([Ag(NH), ist c([Ag(NH33))22]]++) = c(Cl) = c(Cl--) = x) = x(2)(2) c(NHc(NH33) = c) = coo(NH(NH33) ) –– 2x2x

Ein AgEin Ag++--Ion braucht 2 NHIon braucht 2 NH33--MolekMoleküüle fle füür den Komplex.r den Komplex.

Folglich:Folglich:

)NH(c)Ag(c)])NH(Ag([c

)Cl(c)Ag(cKK3

223

KL⋅

⋅⋅=⋅+

+

−+

ErhErhäält man:lt man:

)NH(c)Cl(c)])NH(Ag([c

KK3

223

KL

−+⋅

=⋅

2o

2

KL )x2c(x

KK−

=⋅

Mit x = c(ClMit x = c(Cl--) ergibt sich die L) ergibt sich die Lööslichkeit von AgCl in einer slichkeit von AgCl in einer NHNH33--LLöösung mit der Konzentration csung mit der Konzentration coo(NH(NH33).).

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

Rechnung: FRechnung: Füür cr coo(NH(NH33) = 0,1 mol/L) = 0,1 mol/L

KKLL··KKKK = (1,7= (1,7··1010--1010))··(1,67 (1,67 ··101077) = x) = x2 2 // (0,1 (0,1 –– 2x)2x)

Oder: x = c(ClOder: x = c(Cl--) = ) = c([Ag(NHc([Ag(NH33))22]]++) =) = 4,84,8··1010--33 mol/Lmol/L

Anmerkung:Anmerkung: Ohne NHOhne NH33, in reinem Wasser ist c(Cl, in reinem Wasser ist c(Cl--) ) hingegen nur:hingegen nur:

mol/L 103,1K)Cl(c 5L

−−⋅==

Mit anderen Worten: Es sind nur 1,3Mit anderen Worten: Es sind nur 1,3··1010--55 mol/l mol/l AgAg++--IonenIonen ininder reinen, wder reinen, wäässrigen Lssrigen Löösung enthalten. sung enthalten.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

d)d) FFäällungsreaktionen zum Nachweis von Anionen und Kationenllungsreaktionen zum Nachweis von Anionen und Kationen

�� Beispiele Anionen:Beispiele Anionen:

�� Beispiele Kationen:Beispiele Kationen:

ClCl--(aq(aq) AgCl) AgCl↓↓↓↓↓↓↓↓ (wei(weißßer Nd., er Nd., lichtempfindllichtempfindl.).)+ Ag+ Ag++

(Zugabe AgNO(Zugabe AgNO3 3 ))

SOSO4422--(aq) BaSO(aq) BaSO44↓↓↓↓↓↓↓↓ (wei(weißßer Nd.)er Nd.)

+ Ba+ Ba2+2+

(Zugabe BaCl(Zugabe BaCl2 2 ))

CuCu2+2+(aq) + S(aq) + S22--(aq) CuS(aq) CuS↓↓↓↓↓↓↓↓ (schwarzer Nd.)(schwarzer Nd.)

CdCd2+2+(aq) + S(aq) + S22--(aq) CdS(aq) CdS↓↓↓↓↓↓↓↓ (gelber Nd.)(gelber Nd.)

Viele Metallsulfide sind schwerlViele Metallsulfide sind schwerlööslich. Ihre Fslich. Ihre Fäällung ist llung ist abhabhäängig vom jeweiligen Lngig vom jeweiligen Lööslichkeitsprodukt des Sulfids slichkeitsprodukt des Sulfids und der und der SS22-- -- Konzentration.Konzentration.

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

e)e) Besonderheiten der SulfidBesonderheiten der Sulfid--FFäällungllung

�� Die Die Konzentration der SKonzentration der S22----IonenIonen lläässt sich durch die sst sich durch die Variation des Variation des pHpH--Wertes der LWertes der Löösung sung üüber einen sehr ber einen sehr weiten Bereich einstellen.weiten Bereich einstellen.

�� Ursache: HUrsache: H22S ist eineS ist eine schwache,schwache, zweibasigezweibasige SSääureure, ihre , ihre Protolyse verlProtolyse verlääuft gemuft gemäßäß folgender beiden Gleichgewichte:folgender beiden Gleichgewichte:

HH22S + HS + H22O SHO SH-- + H+ H33OO++

KKS1S1 = 1,1= 1,1··1010--77 mol/Lmol/L)SH(c

)OH(c)SH(cK

2

31S

++++−−−−⋅⋅⋅⋅

====

SHSH-- + H+ H22O SO S22–– + H+ H33OO++

KKS2S2 = = 1010--1414 mol/Lmol/L)SH(c

)OH(c)S(cK 3

2

2S −−−−

++++−−−−⋅⋅⋅⋅

====

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

�� FFüür die Gesamtreaktion heir die Gesamtreaktion heißßt das:t das:

HH22S + 2 HS + 2 H22O SO S22–– + 2 H+ 2 H33OO++

2221

2

322

2S1S2S Lmol 10)SH(c

)OH(c)S(cKK)SH(K −−−−−−−−

++++−−−−

⋅⋅⋅⋅≈≈≈≈⋅⋅⋅⋅

====⋅⋅⋅⋅====

Die Konzentration an SulfidDie Konzentration an Sulfid--Ionen (c(SIonen (c(S22––)) nimmt somit stark )) nimmt somit stark zu, wenn c(Hzu, wenn c(H33OO++) abnimmt, wird also um so h) abnimmt, wird also um so hööher, je her, je basischer die Lbasischer die Löösung ist.sung ist.Bei hohem Bedarf an SBei hohem Bedarf an S22––--Ionen kann man NHIonen kann man NH33 bzw. (NHbzw. (NH44))22SSeinsetzen, um die Heinsetzen, um die H33OO

++--Ionenkonzentration zu verringern. Ionenkonzentration zu verringern.

Eine gesEine gesäättigte, wttigte, wäässrige Hssrige H22SS--LLöösung enthsung enthäält etwalt etwa

c(Hc(H22S) = 0,1 mol/L, somit istS) = 0,1 mol/L, somit ist

)OH(c

10)S(c

32

222

++++

−−−−−−−−

====

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

Allgemeines zu Schwermetallsulfiden:Allgemeines zu Schwermetallsulfiden:

�� Metallsulfide MMetallsulfide MxxSSyy sind meist schwerlsind meist schwerlööslichslichund und ffaarrbbiigg..

�� Anwendung: SulfidfAnwendung: Sulfidfäällung in der Analysellung in der AnalyseNachweis und Trennung der Metallionen.Nachweis und Trennung der Metallionen.

Basis sehr unterschiedliche KBasis sehr unterschiedliche KLL--Werte derWerte derMetallsulfide:Metallsulfide:

)S(c)M(c)SM(K 2ynxyxL

−−−−++++⋅⋅⋅⋅====

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Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

�� Rechenbeispiel:Rechenbeispiel:

Gegeben: LGegeben: Löösung mit: sung mit: pH = 0,5pH = 0,5c(Pbc(Pb2+2+) = 0,050 mol/L) = 0,050 mol/L

c(Fec(Fe2+2+) = 0,050 mol/L) = 0,050 mol/L

Es wird HEs wird H22S bis zur SS bis zur Säättigung eingeleitet (cttigung eingeleitet (c00(H(H22S) = 0,1 mol/L). S) = 0,1 mol/L). Fallen PbS und/oder FeS unter diesen Bedingungen aus?Fallen PbS und/oder FeS unter diesen Bedingungen aus?((L(PbSL(PbS) = 7) = 7··1010--2929 molmol22/L/L22; ; L(FeSL(FeS) = 4) = 4··1010--1919 molmol22/L/L22;;KKSS(H(H22S) = S) = 1,11,1··1010--2121 molmol22/L/L22))

HH22S + 2 HS + 2 H22O SO S22–– + 2 H+ 2 H33OO++

)SH(c )SH(c mit )SH(c

)OH(c)S(c)SH(K 202

2

322

2S ≅≅≅≅⋅⋅⋅⋅

====

++++−−−−

Lehramt 1a Sommersemester 2010 24

Das chemische Gleichgewicht

Das LDas Lööslichkeitsproduktslichkeitsprodukt

)OH(c

101,1

)OH(c

1,0101,1

)OH(c

)SH(c)SH(K)S(c

32

22

32

21

32

22S2++++

−−−−

++++

−−−−

++++

−−−− ⋅⋅⋅⋅====

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

⋅⋅⋅⋅====

pH = 0,5 = pH = 0,5 = --log c(Hlog c(H33OO++) somit c(H) somit c(H33OO

++) = 0,32 mol/L) = 0,32 mol/L

L/mol102,1)32,0(

101,1)S(c 21

2

222 −−−−

−−−−−−−−

⋅⋅⋅⋅====⋅⋅⋅⋅

====

Ionenprodukt Ionenprodukt I = c(MI = c(M2+2+) ) ·· c(Sc(S22--) = 0,05 mol/L) = 0,05 mol/L ·· 1,21,2 ·· 1010--2121 mol/Lmol/L

I = 6,1I = 6,1 ·· 1010--2323 molmol22/L/L22 >> L(PbSL(PbS) ) = 7= 7··1010--2929 molmol22/L/L22

PbS PbS ffäälltllt ausaus,,

<< L(FeSL(FeS) ) = 4= 4··1010--1919 molmol22/L/L22

FeS FeS ffäälltllt nichtnicht ausaus..