Fällningsreaktioner – så fungerar de

En fällningsreaktion är en kemisk reaktion där lösta joner bildar ett svårlösligt fast ämne. Det fasta ämnet kallas en fällning. Reaktionstypen är viktig både i undervisning och i kemisk analys eftersom den gör det möjligt att förutsäga och ibland separera ämnen ur lösningar.

Ett klassiskt exempel är när silverjoner och kloridjoner möts i vatten:

Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)

Silverklorid är svårlösligt och bildar därför en fast fas när förhållandena är de rätta.

Vad händer på partikelnivå?

I en vattenlösning är många salter uppdelade i hydratiserade joner. Om två lösningar blandas kan joner som tidigare varit lösta komma i kontakt och bilda ett ämne med låg löslighet.

Anta att silvernitrat och natriumklorid blandas. I lösningen finns bland annat Ag⁺, NO₃⁻, Na⁺ och Cl⁻. Det är silver- och kloridjonerna som bildar den fasta fällningen. Natrium- och nitratjonerna finns i huvudsak kvar i lösningen och kallas därför åskådarjoner.

Fullständig jonformel och nettoreaktionsformel

Först kan reaktionen skrivas som en vanlig reaktionsformel:

AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

Om de lättlösliga ämnena skrivs som joner blir det tydligt vilka partiklar som faktiskt reagerar. När åskådarjonerna stryks återstår nettoreaktionsformeln:

Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)

Nettoreaktionsformeln är ofta det tydligaste sättet att beskriva själva fällningsreaktionen.

Hur vet man om ett salt är svårlösligt?

I grundläggande kemi används ofta löslighetsregler. De beskriver återkommande mönster, till exempel att många nitrater är lättlösliga medan vissa kombinationer av metalljoner och halid-, sulfat- eller karbonatjoner är svårlösliga.

Löslighetsregler är tumregler, inte en ersättning för data när en noggrann beräkning behövs. För kvantitativa uppgifter används ofta löslighetsprodukten, K_sp.

Vad är Ksp?

K_sp är jämviktskonstanten för upplösningen av ett svårlösligt salt. För silverklorid kan upplösningen skrivas:

AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)

Då kan ett förenklat uttryck skrivas:

K_sp = [Ag⁺][Cl⁻]

Värdet på K_sp beror på temperatur. Ju lägre löslighet ett salt har, desto mindre blir ofta dess K_sp, men man måste ta hänsyn till saltets stökiometri när olika ämnen jämförs.

Jonprodukt: när börjar en fällning bildas?

För att avgöra om en fällning kan bildas jämförs den aktuella jonprodukten, ofta betecknad Q_sp, med K_sp.

• Om Q_sp < K_sp är lösningen omättad i förhållande till saltet.
• Om Q_sp = K_sp råder mättnadsjämvikt.
• Om Q_sp > K_sp är utfällning termodynamiskt gynnsam tills systemet närmar sig jämvikt.

Det är alltså inte korrekt att jämföra en enda jonkoncentration direkt med K_sp. Hela jonprodukten måste beräknas med rätt exponenter från reaktionsformeln.

Ett exempel med annan stökiometri

För kalciumfluorid gäller upplösningen:

CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq)

Därför blir uttrycket:

K_sp = [Ca²⁺][F⁻]²

Exemplet visar varför koefficienterna i reaktionsformeln är viktiga när jonprodukten räknas ut.

Vad kan man observera i en laboration?

En fällning kan göra en lösning grumlig eller bilda partiklar som så småningom sedimenterar. Färg kan ibland ge en ledtråd om vilket ämne som bildats, men färg ensam räcker normalt inte som säker identifiering.

I en laboration behöver resultatet kopplas till kända reaktioner, löslighetsdata och den metod som använts. För kemikalier som kräver särskild hantering ska laborationens riskbedömning och säkerhetsinstruktioner följas. Tungmetallhaltigt avfall ska inte hällas i avloppet.

Vad används fällningsreaktioner till?

Fällningsreaktioner används bland annat inom kvalitativ och kvantitativ analys, vattenbehandling och industriella separationsprocesser. Principen är densamma: en löst komponent omvandlas till en svårlöslig fast fas som kan separeras från vätskan.

I vattenbehandling kan kemisk utfällning exempelvis användas för att avskilja vissa lösta ämnen. Exakt metod beror på vilka joner som ska avlägsnas, lösningens pH och andra kemiska förhållanden.

Gemensam jon kan minska lösligheten

Om en lösning redan innehåller en av jonerna i ett svårlösligt salts jämvikt kan saltets löslighet minska. Det kallas ofta gemensam-joneffekt.

För AgCl betyder en högre kloridjonaktivitet att jämvikten AgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻ förskjuts så att mindre ytterligare AgCl kan lösas under samma förhållanden.

Ksp är inte samma sak som molär löslighet

K_sp är en jämviktskonstant. Den molära lösligheten anger hur många mol av saltet som kan lösas per volym lösning vid angivna förhållanden.

För ett 1:1-salt som AgCl finns en enkel koppling mellan storheterna i en idealiserad ren vattenlösning. För salter med annan stökiometri, eller när andra joner redan finns i lösningen, måste jämviktsuttrycket användas korrekt.

pH kan styra om vissa fällningar bildas

Om en jon kan protoneras eller deprotoneras förändras dess fria koncentration när pH ändras. Därför kan exempelvis karbonat- och hydroxidfällningar påverkas starkt av lösningens pH.

Det är en av orsakerna till att selektiv utfällning kan användas i kemisk separation: villkoren justeras så att ett ämne fälls ut medan andra i större utsträckning stannar i lösning.

Vanliga frågor

Är all grumlighet en fällning?

Nej. Grumlighet kan även bero på partiklar som redan fanns i provet eller på andra processer. En fällning är ett fast ämne som bildas genom en kemisk process i lösningen.

Kan en fällning lösas upp igen?

Ja. Lösligheten kan påverkas av exempelvis pH, komplexbildning, temperatur eller koncentrationen av andra joner. Därför kan en fällning under vissa förhållanden lösas upp igen.

Vad är skillnaden mellan Ksp och Qsp?

K_sp är jämviktskonstanten för det aktuella saltet vid en bestämd temperatur. Q_sp beräknas från de aktuella jonaktiviteterna eller, i förenklade uppgifter, koncentrationerna. Jämförelsen mellan dem visar om systemet är under-, vid- eller övermättat.

Varför stryker man åskådarjoner?

Åskådarjonerna deltar inte i den nettokemiska förändringen. När de stryks blir det tydligt vilka joner som faktiskt bildar fällningen.