Neerslagreacties in 45A? - Nvon

402
Neerslagreacties in 45A?
Bij het scheikundeonderwijs in de bovenbouw havo en vwo is Binas tabel 45A één van de meest
gebruikte tabellen, vooral vanwege het thema neerslagreactie. De overkoepelende titel voor tabel 45A,
B en C is echter Oplosbaarheid van vaste stoffen en vloeistoffen en bij 45A staat vermeld: Zouten in water:
schematisch overzicht (Verkerk, 2004). Reden om te kijken welke scheikunde in tabel 45A staat.
■ Michiel Vogelezang / Radboud Universiteit Nijmegen
Lege plaatsen
Het kan opvallen dat in tabel 45A een aantal
plaatsen leeg zijn, bijvoorbeeld voor de
ionencombinaties Fe3+ en I- , Cu2+ en I- ,
Ag + en OH- . Dit roept bij leerlingen vaak
de vraag op wat dit betekent. Het antwoord
dat het betreffende zout niet
bestaat, is voor veel leerlingen vreemd:
een zout dat niet bestaat, terwijl de ionen
ervan wel bestaan! De reden voor het nietbestaan
van een zout is niet in alle gevallen
dezelfde. Bij ijzer(III)jodide en
koper(II)jodide zal het positieve ion het
negatieve ion oxideren, in overeenstemming
met de volgorde van de betreffende
redoxkoppels in tabel 48. Overigens kunnen
we niet algemeen zeggen dat als een
ionogene oxidator en reductor met elkaar
kunnen reageren volgens tabel 48, de
daaruit samen te stellen binaire stof niet
zal bestaan. De combinaties Ag + en I- of
Hg2+ en I- of Hg + en I- zijn voorbeelden die
wel tot bestaande, stabiele, zouten leiden.
Een voorbeeld dat gegevens uit tabellen
niet klakkeloos moeten worden gebruikt
(van der Ent, 1996).
Bij de combinatie Ag + en OH- treedt een
andere soort reactie op:
2 AgOH Ag2O + H2O.
Terzijde zij opgemerkt
dat als de temperatuur iets hoger
wordt dan gebruikelijk in Nederland, iets
soortgelijks gebeurt met Cu(OH)2:
Cu(OH)2 CuO + H2O een bekende reactie
uit een veel toegepaste koperkringloop.
Niet iedere combinatie leidt tot
een bestaand zout
Een niet lege plaats wil overigens niet zeggen
dat het zout gemakkelijk commercieel
verkrijgbaar is, zoals kan blijken bij
ijzer(II)nitraat.
Reageren met water
Bij een aantal combinaties van ionen is
NVOX november 2009
aangegeven dat er een reactie met water
optreedt. Bekend zijn de reacties van de
alkali- en aardalkali-oxiden met water tot
de overeenkomstige positieve (aard)alkali-ionen
en het hydroxide-ion, waar net als
bij Al2S3 of Al2(CO3)3 een zuur-base-reactie
volgens Brønsted optreedt:
Hier reageert het gehydrateerde aluminium-ion
als zuur en het sulfide-, resp. het
carbonaat-ion als base (zie tabel 49). Er
stelt zich geen evenwicht in omdat het
gevormde H2S of CO2 als gas ontwijkt.
Een soortgelijke reactie treedt op bij
ijzer(III)carbonaat. Hier past een opmerking,
want wanneer je roest in zoutzuur
doet, dan ontstaat er een gele oplossing
die op de aanwezigheid van Fe3+ Al2S3 + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3 H2S
Al2(CO3)3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 CO2
wijst.
Tegelijk zien we ook gasbelletjes vrijkomen
vanaf de roest, wat op de aanwezigheid
van CO2 duidt. In de roest, dat in de
praktijk toch regelmatig in aanraking
komt met water, lijkt dus een reactie van
het ijzer(III)carbonaat met water niet
plaats te vinden, of heel erg langzaam.
Bijzonder is HgSO4 dat met weinig water
wordt omgezet in het slecht oplosbare
HgSO4·H2O, dat vervolgens met meer
water verandert in HgSO4·2HgO, SO2 en O2
(Remy, 1949, p. 488). In reactievergelijking:
3 HgSO4 HgSO4·2HgO + 2 SO2 + O2
of:
3 HgSO4·H2O HgSO4·2HgO + 2 SO2 + O2 + 3 H2O
In beide reactievergelijkingen is water geen
uitgangsstof, terwijl de reactie pas plaatsvindt
als we het HgSO4 of HgSO4·2H2O in
water brengen. Het wordt dus de vraag wat
in dit geval reageert met water betekent in
tabel 45A en ook wat we weergeven in een
reactievergelijking (Vogelezang, 2005).
Mogelijk zou HgSO4 beter passen onder het
kopje ontleden in water.
Ontleden in water
Ammoniumcarbonaat en ammoniumfosfaat
ontleden in water ten gevolge van een
zuur-base reactie, waarbij het ammoniumion
het zuur is en het carbonaat- dan wel
het fosfaation de base. Voor de ontleding
van ammoniumcarbonaat is de hoeveelheid
waterdamp in de lucht al voldoende
en dat verklaart de triviale naam vlugzout:
het vervluchtigt. De toepassing
ervan berust op de prikkelende geur van
het vrijkomende ammoniak waardoor
mensen buiten bewustzijn (na flauwvallen
of een knock-out bij boksen) weer bij
kennis komen.
Hydratatie
Volgens tabel 45A leidt de combinatie
Cu2+ en SO4 2- tot een oplossing, maar
eigenlijk zou er een r van reactie met
water moeten staan, namelijk de bekende
aantoningsreactie van water:
CuSO4 + 5 H2O CuSO4·5 H2O
waarna het
gevormde hydraat oplost.
Dit roept de vraag op of in tabel 45A niet
gehydrateerde ionen hadden moeten
staan. Soms wel en soms dus niet, wat de
overzichtelijkheid niet ten goede zou
komen. Het geeft wel aan dat we ons soms
kunnen afvragen wat de plaatsing van een
ionformule of een combinatie van ionformules
tot een zout in tabel 45A betekent.
Neerslagreacties
Tabel 45A wordt veel gebruikt in het
kader van neerslagreacties. Hierbij wil ik
drie vragen bekijken:
Welk neerslag is het?
We hebben twee bekende zoutoplossingen
samengevoegd en er is een neerslag
ontstaan. In de ene oplossing zijn de
ionen A + en B - aanwezig, in de andere D +
en E - . Bij samenvoegen ontstaat een neerslag.
Dit kan alleen maar AE zijn of DB.
Als tabel 45A aangeeft dat combinatie AE
oplosbaar is en combinatie DB niet, dan
zal het neerslag DB moeten zijn, omdat er
geen andere mogelijkheid bestaat. In dit
geval is tabel 45A dus toepasbaar.

Kunnen we voorspellen of een zout zal
neerslaan?
In de gebruikte leerboeken wordt na een
paar experimenten waarin de vorige situatie
is voorgekomen, zonder meer gesteld
dat je met tabel 45A kunt voorspellen of
en zo ja, ook welk neerslag zal ontstaan bij
het samenvoegen van twee zoutoplossingen.
Figuur 1. Het goed oplosbare soda geeft met hard
leidingwater een neerslag van calciumcarbonaat.
Er is mijns inziens echter geen reden om
aan te nemen dat als je weet dat natriumchloride,
calciumchloride en natriumcarbonaat
goed oplosbaar zijn en calciumcarbonaat
niet, als gevolg hiervan bij het
samenvoegen van een oplossing van
natriumcarbonaat en calciumchloride calciumcarbonaat
moet ontstaan.
Figuur 2.
Marmer
bestaat vooral
uit het slecht
oplosbare calciumcarbonaat
en kan daarom
uitstekend worden
gebruikt
voor beelden die
buiten staan.
Daarvoor is nog een ander gegeven nodig:
namelijk dat in een oplossing van een
zout de ionen zich onafhankelijk van
elkaar, dus autonoom voordoen. En dit in
de betekenis dat je geen verschil zult
waarnemen tussen enerzijds de oplossing
die je krijgt bij het samenvoegen van
oplossingen van NaCl en KI en bij het
samenvoegen van oplossingen van NaI en
KCl anderzijds. Met dit gegeven erbij kunnen
we wel de gevraagde redenering
opstellen.
We kunnen namelijk het goed oplossen
van een zout ook formuleren als ‘de
samenstellende ionen kunnen samen
voorkomen in water’ en het niet goed
oplossen van een zout als ‘de samenstellende
ionen kunnen niet samen voorkomen
in water’. Bij het samenvoegen van
oplossingen van natriumcarbonaat en calciumchloride,
ontstaat een vloeistof waarin
de samenstellende ionen van calciumcarbonaat
tegelijk voorkomen. Dit zouden
we kunnen interpreteren als: calciumcarbonaat
is goed oplosbaar. En dat is strijdig
met onze ervaring en maakt het begrijpelijk
dat calciumcarbonaat neer zal slaan.
Figuur 3. Deze ionen kunnen samen voorkomen
in water, maar welke stoffen zijn er opgelost?
Geldt tabel 45A voor neerslagreacties altijd?
Het is lastig met tabel 45A te voorspellen
of een neerslagreactie zal optreden wanneer
de gebruikte oplossingen zeer sterk
verdund zijn, bijvoorbeeld bij het samenvoegen
van gelijke volumes van een verzadigde
oplossing van zilverchloride en
van zilverjodide. Om deze vraag te kunnen
beantwoorden is een berekening
nodig, waarvoor tabel 46 benodigde gegevens
levert. (Ik ga niet in op het feit dat
tabel 46 op zich niet voldoende is, maar
dat ook rekening moet worden gehouden
met de ionsterkte van de oplossingen
omdat niet met concentraties maar met
activiteiten moet worden gewerkt.)
Ook bij gebruik van zeer geconcentreerde
oplossingen wordt het voorspellen met
tabel 45A lastig. Zo zal natriumchloride
IN DE KLAS
neerslaan bij het samenvoegen van gelijke
volumes van een verzadigde oplossing
van kaliumchloride en van natriumchloride
(tabel 45B geeft hiervoor al een aanwijzing).
Een dergelijke situatie kan worden toegepast
om het ontstaan van waterstofchloride
bij de reactie tussen methaan en
chloorgas aan te tonen. In figuur 4 is de te
gebruiken opstelling weergegeven.
Doordat het gevormde waterstofchloride
oplost in de verzadigde natriumchlorideoplossing,
zal een neerslag van natriumchloride
in de brede reageerbuis ontstaan!
Methaan en
chloorgas
Verzadigde natriumchlorideoplossing
Geconcentreerde en verdunde oplossingen
zijn relatieve begrippen. Maar het
helpt ons om de mogelijkheden te doorzien
die de m van matig oplosbaar biedt,
zoals bij CaSO4. Het betekent dat er soms
wel en soms geen neerslag zal ontstaan bij
het samenvoegen van oplossingen van bijvoorbeeld
natriumsulfaat en calciumchloride.
Geen neerslag kan zeker het geval
zijn indien er maar weinig Ca 2+ aanwezig
zal zijn, dus bij de beantwoording van een
vraag als: hoe kun je nagaan of natriumchloride
verontreinigd is met calciumchloride,
want dan mag je ervan uitgaan
dat er maar weinig calciumchloride
zal zijn.
Tabel 45A kan dus in een aantal gevallen
zeker gebruikt worden rond het thema
neerslagreacties, maar neerslagreacties
zelf staan niet in deze tabel. Ze kunnen er
uit worden afgeleid, en dat is iets anders.
En in combinatie met andere tabellen
wordt tabel 45A een interessante bron van
chemische informatie.
Literatuur
Remy, H. (1949). Lehrbuch der Anorganischen
Chemie (Vol. II). Liepzig: Geest & Portig K.-G.
Ent, C.H. van der (1996). Zin en onzin van Binas
tabel 48. NVOX, 21(3), 111.
Verkerk, G., Broens, J.B., Bouwens, R.E.A., Groot,
P.A.M. de, Kranendonk, W., Vogelezang,
M.J., Westra, J.J., Wevers-Prijs, I.M. (2004). BINAS
havo/vwo (5 ed.). Groningen: Wolters-Noordhoff.
Vogelezang, M.J. (2005). Wat geven we weer in
een reactievergelijking? NVOX, 30(9), 500-501.
november 2009 NVOX
403