Hans Vanhoe Katrien Strubbe Universiteit Gent SLO Chemie

Transcriptie

1 Chemie in druppels Hans Vanhoe Katrien Strubbe Universiteit Gent SLO Chemie

2 5 Oplosbaarheid van zouten + complexvorming 5.1 Oplosbaarheid van zouten en oplosbaarheidsproduct Een oplossing is een homogeen mengsel van twee of meer zuivere stoffen. De meerderheidscomponent noemt men het oplosmiddel, de minderheidscomponent de opgeloste stof. We noemen een stof oplosbaar in een oplosmiddel als ze volledig oplost in dit oplosmiddel bij een bepaalde temperatuur. De oplosbaarheid van een stof in een oplosmiddel is gelijk aan de maximale hoeveelheid die volledig oplost in een gegeven hoeveelheid oplosmiddel bij een bepaalde temperatuur (en druk). Een verzadigde oplossing is een oplossing waarin de stof niet verder oplost. Zouten worden dikwijls geclassificeerd als ofwel oplosbaar, ofwel onoplosbaar in water. Het woord onoplosbaar zout doet vermoeden dat dergelijke zouten helemaal niet oplossen in water, dit is echter niet het geval. Wanneer we waterige oplossingen van de oplosbare zouten zilvernitraat en natriumchloride mengen, ontstaat onmiddellijk een wit neerslag van het onoplosbare zilverchloride volgens: Ag + + Cl - AgCl (v) Mengen van een zilvernitraatoplossing en een natriumchlorideoplossing leidt tot de vorming van een wit neerslag van zilverchloride. Er ontstaat een verzadigde oplossing waarin opgelost AgCl in evenwicht is met vast AgCl. Wanneer echter de oplossing boven het neerslag nauwkeurig onderzocht wordt, dan stelt men vast dat deze zeer kleine hoeveelheden zilver (1+) en chloride (1-) ionen bevat (ongeveer 0,19 mg per 100 ml oplossing bij 25 C). We classificeren AgCl daarom als een weinig oplosbaar zout. In een verzadigde oplossing in zuiver water staan dergelijk weinig oplosbare zouten in evenwicht met hun dissociatieproducten. Dit evenwicht is een dynamisch evenwicht: de snelheid waarmee het zout oplost is even groot als de snelheid waarmee de ionen neerslaan: AgCl (v) Ag + + Cl - Voor dit evenwicht geldt een evenwichtsconstante K s, ook het oplosbaarheidsproduct genoemd:

3 K s = [Ag + ]. [Cl - ] De oplosbaarheid (symbool S) van AgCl is dan het aantal mol AgCl in oplossing gegaan per liter. Dit kan berekend worden als: S (van AgCl) = [Cl - ] = [Ag + ] = K S Voor AgCl, met K s = 1, bij 25 C, geldt dus dat de oplosbaarheid inderdaad klein is, maar niet 0. Op basis van het oplosbaarheidsproduct kun je berekenen of na mengen van twee oplossingen (volumes en concentraties gekend) een zout zal neerslaan of niet. Wanneer in een oplossing Ag + en Cl - samengebracht worden, moet het product van de concentraties van beide ionen, ook het ionenproduct genoemd, vergeleken worden met het oplosbaarheidsproduct KS: - In een onverzadigde oplossing is uiteraard het ionenproduct < KS. - In een oververzadigde oplossing (metastabiel) is het ionenproduct > KS en zal zoveel product neerslaan tot het ionenproduct gelijk wordt aan KS. Bv. 1 ml 2x10-1 mol/l AgNO3-oplossing wordt samengebracht met 1 ml 2x10-1 mol/l NaCl-oplossing. [Ag + ]0.[Cl - ]0 = 1x x10-1 = 1x10-2 > KS (= 1,8x10-10, zie tabel) Dit betekent dat AgCl zal neerslaan tot het ionenproduct gelijk wordt aan KS. Voor een onoplosbare verbinding met algemene formule M a X b geldt voor de oplosreactie: M a X b a M b+ (aq) + b X a- en is KS = [M b+ ] a [X a- ] b. in dit geval geldt: [ M b ] [ X a ] S a b Doorgaans worden zouten met een K s in de grootteorde 10-5 of kleiner als weinig oplosbaar beschouwd. In tabel 1 worden de oplosbaarheidsproducten gegeven van verschillende zouten, in het algemeen geldt dat hoe kleiner KS hoe minder oplosbaar het zout. Verschuiven van het evenwicht bij neerslagreacties: het gemeenschappelijk- ioneffect.

4 Wanneer aan bv. een verzadigde oplossing van PbCl 2(s) (K s = 1, ) een kleine hoeveelheid van een geconcentreerde Pb(NO 3) 2 oplossing wordt toegevoegd, zal lood(ii)chloride neerslaan tot het ionenproduct opnieuw gelijk is aan het oplosbaarheidsproduct van het evenwicht. Dit verschijnsel is een uitdrukking van het gemeenschappelijk-ioneffect dat stelt dat elk zout minder oplosbaar is in aanwezigheid van een gemeenschappelijk ion, een ion dat één van de componenten van het zout uitmaakt. Het gemeenschappelijk-ioneffect is een uiting van het principe van Le Chatelier. Toepassingen van neerslagreacties: Neerslagreacties worden in het dagelijks leven gebruikt om: - ionsoorten te verwijderen uit een zoutoplossing. Soms bevat een zoutoplossing een ongewenste ionsoort. Deze kan verwijderd worden door een zoutoplossing toe te voegen die een ionsoort bevat waarmee het ongewenste zout een weinig oplosbaar zout vormt. Door de ontstane suspensie te filtreren, wordt de neerslag uit de suspensie verwijderd (zie bijlage 2) - ionsoorten aan te tonen. Het is mogelijk om een ionsoort aan te tonen door een zoutoplossing toe te voegen die een ionsoort bevat waarmee het aan te tonen ionsoort een slecht oplosbaar zout vormt. Aan de hand van voorspellingen gebaseerd op een oplosbaarheidstabel kan worden bepaald of een ionsoort aanwezig is. - zouten te vormen. Als een zout niet verkrijgbaar is, is het mogelijk om met behulp van een neerslagreactie dat zout te produceren. Met de neerslagreactie van koper(ii)nitraat en natriumfosfaat kan bijvoorbeeld het slecht oplosbare koper(ii)fosfaat gemaakt worden. Ook een goed oplosbaar zout kan op die manier gevormd worden: als het geheel na de reactie wordt gefilterd en het residu wordt ingedampt, houdt men vast natriumnitraat over.

5 TABEL 1 Oplosbaarheidsproducten bij 25 C (KS) Chloriden Jodiden PbCl x 10-5 PbI 2 9,8 x 10-9 Hg 2 Cl x Hg 2 I 2 5,2 x AgCl Chromaten 1.8 x AgI 8.5 x Hydroxiden Ag 2 CrO x AgOH(Ag 2 O) 1,9 x 10-8 PbCrO 4 1,8 x Pb(OH) 2 1,4 x BaCrO 4 1,2 x Hg(OH) 2 (HgO) SrCrO x 10-5 Cu(OH) 2 Cd(OH) 2 Sn(OH) 2 3 x ,8 x ,2 x ,5 x Sulfiden Fe(OH) 2 4,9 x HgS PbS 2,0 x Fe(OH) 3 2,8 x ,0 x Mn(OH) 2 1,6 x Bi 2 S x Al(OH) 3 3,0 x CuS CdS Ag 2 S SnS FeS MnS NiS CoS ZnS 6,0 x Cr(OH) 3 2,0 x ,0 x Ni(OH) 2 5,5 x ,0 x Co(OH) 2 5,9 x ,0 x Zn(OH) 2 3,0 x ,0 x Ba(OH) 2 2,6 x ,0 x Sr(OH) x ,1 x Cd(OH) 2 7,2 x ,0 x Mg(OH) 2 5,6 x x Sulfaten Carbonaten BaSO x BaCO x 10-9 SrSO 4 3,4 x 10-7 SrCO 3 5,6 x CaSO 4 4,9 x 10-5 CaCO 3 3,4 x 10-9 PbSO 4 2,5 x 10-8 MgCO 3 6,8 x 10-6 Ag 2 SO x 10-5

6 5.2 Proeven Opstellen van een beperkte oplosbaarheidstabel, identificatie van kationen Explorerend onderzoek. Onderzoeksvaardigheden: -formuleren onderzoeksvraag -opstellen onderzoeksplan -uitvoeren: ordelijk en overzichtelijk werken en noteren, observeren, rapporteren -reflecteren: bruikbaarheid neerslagreacties voor kwalitatieve en kwantitatieve detectie van ionen. Situering Neerslagreacties worden o.a. gebruikt voor de identificatie van ionen. Door aan een oplossing van een onbekend zout een zoutoplossing toe te voegen die een ionsoort bevat waarmee een aan te tonen ion een slecht oplosbaar zout vormt, kan het onbekende kation worden geïdentificeerd. Hiervoor wordt een oplosbaarheidstabel geraadpleegd. Een oplosbaarheidstabel kan meer of minder informatie bevatten. De meeste eenvoudige geven enkel weer welke combinaties van anionen en kationen aanleiding geven tot een (weinig) (on)oplosbaar zout, andere geven extra informatie zoals de kleur van het ontstane neerslag, nog andere geven waarden van oplosbaarheidsproducten. Voor identificatie van kationen volstaat de meest eenvoudige tabel. In dit experiment ga je eerst een beperkte oplosbaarheidstabel opstellen. Je krijgt hiervoor verschillende oplossingen van oplosbare zouten ter beschikking. Stel een plan op om de tabel op te stellen, voer de proef uit en noteer je observaties. Maak een foto van je opstelling en integreer die in je verslag. Vergelijk je resultaten met de tabel met oplosbaarheidsproducten. Vervolgens krijg je een oplossing van een onbekend zout. De bedoeling is dat je, via neerslagreacties, het kation van het zout identificeert. Voer hierbij zo weinig mogelijk experimenten uit. Formuleer een onderzoeksvraag, voer de proef uit via druppelexperimenten. Maak op het einde van je proef een foto van je opstelling en integreer die in je verslag. Geef een antwoord op de onderzoeksvraag. Beschikbaar materiaal Druppelflesjes met volgende oplossingen: - 0,1 mol/l Ba(NO 3) 3 (aq) - 0,1 mol/l AgNO 3 (aq) - 0,1 mol/l Pb(NO 3) 2 (aq) - 0,1 mol/l CuSO 4 (aq) - 0,1 mol/l FeCl 3 (aq) - 0,1 mol/l NaCl (aq) - 0,1 mol/l KI (aq) - 0,1 mol/l Na 2SO 4 (aq) - 0,1 mol/l NaOH (aq) - 0,1 mol/l Na 2CO 3 (aq) - oplossing van onbekend zout. Glazen roerstaaf

7 Papieren doekjes (om op te ruimen) Inlegblad neerslagreacties

8 Bijlage 1: neerslagreacties toepassingen_van_neerslagreacties_1.html Neerslagreacties vormen binnen de chemie van de zouten een belangrijke rol. Op deze manier kunnen zouten gemaakt worden, maar het is zo ook mogelijk om opgeloste ionen uit water te verwijderen. Het laatste gebeurt o.a. in waterzuiveringsinstallaties. Maar ook in het gewone oppervlaktewater worden er soms neerslagreacties toegepast om andere euvels te bestrijden, zoals in de hieronder getoonde gevallen. wo 22 jun 2011, 17:02 Hardnekkige IJmeer zeer giftig blauwalg ALMERE - De hardnekkige blauwalg die het Almeerderstrand al een paar weken teistert, blijkt een zeer giftige variant te zijn die zelden voorkomt in Nederland. Dat zei een woordvoerder van de provincie Flevoland woensdag. Bij het strand geldt al bijna vier weken een zwemverbod en ook het strand aan de overkant van het IJmeer bij Muiderberg is verboden gebied. De zeer giftige variant kan dodelijk zijn voor kleine kinderen. Eerder stierven al enkele honden na een zwempartij in het meer. Bij een van de honden kon ook worden achterhaald dat de giftige blauwalg de doodsoorzaak was. Volgens de zegsman is de kans dat kinderen overlijden door de blauwalg kleiner, omdat zij minder water binnenkrijgen tijdens het zwemmen. Rijkswaterstaat heeft de afgelopen weken al een grote hoeveelheid van de bacterie geruimd, maar de blauwalg blijkt erg hardnekkig. De aangetroffen hoeveelheden zijn volgens de woordvoerder bovendien nog steeds zorgwekkend. Vorige jaar was het strandje van Dorregeest afgeladen / Archieffoto Opnieuw blauwalg bij Dorregeest Gepubliceerd op 26 augustus 11, 15:21 Laatst bijgewerkt op 26 augustus 11, 15:55 UITGEEST - Gelukkig is het momenteel geen zwemweer, want er is opnieuw blauwalg geconstateerd in het water bij oeverpark Dorregeest. De provincie Noord-Holland heeft ditmaal een waarschuwing afgegeven. Vorige keer was dat een negatief advies die halverwege de week werd opgeheven. Dit hield in dat iedereen afgeraden werd om er te gaan zwemmen. De waarschuwing geldt alleen voor kwetsbare groepen zoals jonge kinderen of ouderen. Andere zwemmers moeten alleen oppassen geen water binnen te krijgen, want blauwalg scheidt giftige stoffen af in het water. De waarschuwing geldt niet alleen voor Dorregeest, maar ook voor Zwaansmeer. Bron: Noordhollands Dagblad Bron: Telegraaf

9