3. laboratóriumi gyakorlat

Csapadékképződési reakciók

Elméleti bevezető

Az ionos vegyületek általában jól oldódnak vízben, de bizonyos ionpárok vízben rosszul oldódó vegyületet képeznek. Az alkálifémek vegyületei általában jól oldódnak vízben, hasonlóan jól oldódnak a nitrátok és egy-két kivételtől eltekintve a kloridok. Ha a rosszul oldódó vegyület (pl. AgI) ionjait külön-külön oldatból (pl. AgNO3- és KI-oldatból) visszük a rendszerbe, azt tapasztaljuk, hogy a vegyület az oldatból kiválik, "lecsapódik", csapadék képződik. Hogy pontosan melyik ionpár képez csapadékot, azt majd későbbi tanulmányaink során (a Szervetlen kémia valamint az Analitika előadáson és laboratóriumi gyakorlaton) tanuljuk, most csak magával a reakciótípussal ismerkedünk.

A csapadékképződési reakciók egyenlete felírhatók hagyományosan, cserebomlásként:

AgNO3 + KI = AgI + KNO3,

de ha figyelembe vesszük, hogy az elektrolitosan disszociáló anyagok oldatban vagy olvadékban gyakorlatilag teljesen ionosan vannak jelen (nincsenek AgNO3 "molekulák" az oldatban, csak disszociált Ag+ és NO3 ionok), akkor a folyamat így is írható:

Ag+ (aq) + NO3 (aq) + K+ (aq) + I (aq) = AgI (s) + K+ (aq) + NO3 (aq)

(az AgI gyakorlatilag nem disszociál; az (aq) hidratált ionra, míg az (s) szilárd komponensre utal), ekkor viszont jól látszik, hogy a káliumionok és a nitrátionok nem vesznek részt a reakcióban (elvileg sem helyes egy egyenlet mindkét oldalán azonos komponenseket azonos állapotban szerepeltetni), ezért elhagyhatók, így viszont a folyamat lényegét kifejezhetjük ionegyenlettel:

Ag+ (aq) + I (aq) = AgI (s)

Mivel az ilyen egyenletekkel sok gond szokott lenni a jegyzőkönyvekben, összefoglaljuk a helyes és helytelen lehetőségeket:

Helyes Helytelen
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
(cserebomlás)
Ag+ (aq) + NO3 (aq) + K+ (aq) + I (aq) = AgI (s) + K+ (aq) + NO3 (aq)
(ugyanaz a komponens mindkét oldalon szerepel)
Ag+ (aq) + I (aq) = AgI (s)
(ionegyenlet)
AgNO3 + KI = AgI (s) + K+ (aq) + NO3 (aq)
(az egyik oldal ionegyenlet, a másik molekulaegyenlet)

Hogy a cserebomlás és az ionegyenlet közül melyiket célszerűbb választani, az sok mindentől függ, de mindkettő helyes kémiai egyenlet.

A mérés leírása

Kémcsőben öntsünk össze kb. 2-2 cm3-t az alábbi anyagok reagens oldataiból:

  1. AgNO3 + NaCl
  2. Pb(NO3)2 + KI
  3. CuSO4 + NaOH a csapadék leválása után melegítsük az oldatot: a csapadék megfeketedik: vízkilépéssel CuO képződik.
  4. AgNO3 + K2CrO4
  5. CoCl2 + NaOH
  6. Pb(NO3)2 + H2S (a kén-hidrogén erősen mérgező, ezért fülke alatt dolgozzunk vele!)
  7. CaCl2 + Na2CO3
  8. BaCl2 + Na2SO4
  9. CaCl2 + NaF
  10. AgNO3 + Na2HPO4 (segítség az egyenlet felírásához: Ag3PO4 válik le)

A kémcsöveket a tapasztalatok felírása után gyorsan mossuk ki (használjunk kémcsőkefét és mosogatószert), mert a csapadékok frissen jobban eltávolíthatók! Írjuk fel az elvégzett reakciók molekulaegyenletét és ionegyenletét, nevezzük meg a felhasznált és képződő anyagokat!


Ammónium-klorid előállítása (bemutatókísérlet)

Juttassunk gázfelfogó hengerbe néhány csepp tömény ammóniaoldatot, egy másikba ugyanannyi tömény sósavoldatot. (A tömény oldatokkal csakis elszívófülkében dolgozzunk, és egyszerre soha ne legyen nyitva a két oldatot tartalmazó edény, mert a képződő NH4Cl a fülke ablakát is elhomályosíthatja). A hengereket üveglappal lefedjük, majd a sósavas hengert szájával lefelé az ammóniás henger fölé tesszük. Az üveglapokat kihúzzuk és a hengereket óvatosan összeszorítjuk. Írjuk fel az észleléseket! A jelenséget gázfázisban lejátszódó sav-bázis folyamat idézi elő. Írjuk fel a kémiai reakció egyenletét!

NH3 és HCl gázok eltérő diffúziósebességének szemléltetése (bemutatókísérlet)

Elméleti bevezető

A gázok kinetikus elmélete szerint a gázt pontszerű molekulák alkotják, melyek véletlen mozgást végeznek, eközben egymással és a tartály falával rugalmasan ütköznek. A gáz K-ben kifejezett hőmérséklete a részecskék átlagos kinetikus energiájával áll egyenes arányban. A részecskék átlagos sebessége egy skót fiziko-kémikus, Thomas Graham 1800-as évek közepén végzett kísérletei szerint fordítottan arányos a molekulatömeg gyökével. A hidrogén molekulák átlagos sebessége 0 oC-on pl. 1,84 km/s míg az oxigén molekuláké csak 0,46 km/s, ugyanezen a hőmérsékleten. A kinetikus gázelmélet alapján a tapasztalat könnyen értelmezhető. A hőmérséklet egyezéséből következően u.i.

Felhasználva a kinetikus energia ismert kifejezését

amiből átrendezéssel

adódik. Érdemes megjegyezni, hogy Graham effúziós kísérleteket végzett, melynek folyamán a gáz molekulái egy kis résen keresztül légüres térbe jutnak, ahol egymással való ütközésüktől jó közelítéssel eltekinthetünk. Ha a gázmolekulák mozgását nem légüres térben vizsgáljuk, hanem közönséges nyomású (pl. 105 Pa) gázban, akkor diffúzióról beszélünk. A diffúziósebesség a nagyszámú ütközés miatt az effúziósebességnél nagyságrendekkel kisebb, de a M-es arányosság érvényes marad. Az NH3 és HCl gáz relatív diffúziósebességének meghatározásához az imént megismert, gázfázisú sav-bázis reakciót használjuk ki.

Anyagok

tömény ammónia- és tömény sósavoldat

Eszközök

két végén ledugózható üvegcső, üvegkapilláris, vonalzó

A mérés leírása

Az üvegcső két dugójába külön üvegkapilláris segítségével 2-2 csepp ammónia- ill. sósavoldatot juttatunk (a tömény oldatokkal csakis elszívófülkében dolgozzunk, és egyszerre soha ne legyen nyitva a két oldatot tartalmazó edény, mert a képződő NH4Cl a fülke ablakát is elhomályosíthatja). A két dugót gyors mozdulattal a cső két végébe dugaszoljuk, majd fekete papírra (esetleg laborasztalra) tesszük, mellé vonalzót helyezünk, a csőbe nyúló folyadékfelületek pontos helyzetét leolvassuk a vonalzóról. Összeállítás után a csövet és a vonalzót már ne mozgassuk! Amikor az ammónium-klorid képződését jelző füstkarika megjelenik, annak pontos helyét is felírjuk. Határozzuk meg a két gáz által találkozásig megtett a út arányát! Hasonlítsuk össze ezt az értéket diffúziósebességük elvi arányával!

A mérés pontossága

A mérés legfontosabb hibája az, hogy a gázoknak az oldatból történő elpárolgása nem egyenletesen történik, így a távolságok aránya nem fog megegyezni az elméleti értékkel.


Az oldal készítője és fenntartója: Frigyes Dávid, egyetemi adjunktus ( © 2007-2009.) Utolsó módosítás: 2016. 09. 07.