Fällungsreaktionen

Bei einer Fällungsreaktion entsteht ein unlöslicher Feststoff (Niederschlag), wenn zwei Lösungen gemischt werden. Der Niederschlag bildet sich, weil eines der möglichen Produkte nicht löslich ist. Diese Reaktionen werden zum Identifizieren von Ionen und zur Entfernung von Schadstoffen aus Wasser eingesetzt.

Was ist eine Fällungsreaktion?

Ein Niederschlag ist ein unlöslicher Feststoff, der entsteht, wenn zwei Lösungen gemischt werden. Die Reaktion, die ihn erzeugt, wird Fällungsreaktion (Präzipitationsreaktion) genannt.

Der Niederschlag erscheint als trüber Feststoff, der in der Lösung schwebt, und kann durch Filtration gesammelt werden.

Allgemeine Form:

$\text{Lösung A} + \text{Lösung B} \rightarrow \text{Niederschlag (s)} + \text{Lösung (aq)}$

Ein klassisches Beispiel

Blei(II)-iodid-Fällung:

Bleinitrat-Lösung + Kaliumiodid-Lösung →

$\text{Pb(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{KI(aq)} \rightarrow \text{PbI}_2\text{(s)} + 2\text{KNO}_3\text{(aq)}$

Es bildet sich sofort ein leuchtend gelber Niederschlag von Blei(II)-Iodid. Die Reaktion ist visuell eindrucksvoll und wird manchmal als „Goldener Regen" bezeichnet.

Kupfer(II)-hydroxid:

Kupfersulfat + Natriumhydroxid:

$\text{CuSO}_4\text{(aq)} + 2\text{NaOH(aq)} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\text{(s)} + \text{Na}_2\text{SO}_4\text{(aq)}$

Es bildet sich ein hellblauer Niederschlag von Kupferhydroxid.

Hinweis

Die farbigen Niederschläge, die durch Übergangsmetallhydroxide gebildet werden, werden in Labortests zum Identifizieren von Metallionen verwendet. Zum Beispiel:

Fe²⁺ ergibt mit NaOH einen grünen Niederschlag
Fe³⁺ ergibt einen rotbraunen Niederschlag
Cu²⁺ ergibt einen hellblauen Niederschlag

Ionengleichungen

In Lösung liegen Ionenverbindungen als separate Ionen vor. Wir können eine Netto-Ionengleichung schreiben, die nur die tatsächlich reagierenden Ionen zeigt (die Zuschauer-Ionen werden herausgekürzt):

Für die Kupferhydroxid-Fällung:

$\text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\text{(s)}$

Anwendungen der Fällung

Wasseraufbereitung: Kalk wird hartem Wasser und Flüssen zugesetzt, um Calcium- und Magnesiumsalze auszufällen
Fotografie: Silberhalogenid-Fällung schafft lichtempfindliche Oberflächen
Entfernung toxischer Metallionen aus industriellen Abwässern
Qualitative Analyse: Identifizierung unbekannter Ionen anhand der Farbe ihrer Niederschläge

Tipp

Zustandssymbole in Gleichungen sind entscheidend: (s) = fester Niederschlag, (aq) = in Lösung gelöst, (l) = Flüssigkeit, (g) = Gas. Der Niederschlag hat immer (s) daneben.

Praxisbezug: Kalkablagerungen in Wasserkocher und Heizkessel

Hartes Wasser enthält gelöstes Calciumhydrogencarbonat. Wenn hartes Wasser erhitzt wird, schlagen sich Calciumionen als Calciumcarbonat (CaCO₃) nieder — das weiße, kreidartige Kalkablagerung, das sich im Inneren von Wasserkochern, Heizkesseln und Rohren ansammelt. Das ist eine durch Erhitzen ausgelöste Fällungsreaktion. Kalkablagerungen isolieren Heizelemente, verringern die Effizienz und verursachen jährlich Milliarden an Energieverschwendung und Rohrauswechselkosten.

Praxisbezug: Wasseraufbereitungsanlagen

Wasserwerke nutzen Fällung, um gelöste Verunreinigungen aus Trinkwasser zu entfernen. Kalk (Calciumhydroxid) wird hinzugefügt, um Phosphationen (aus landwirtschaftlichen Abwässern) als Calciumphosphat-Niederschlag zu entfernen. Aluminiumsulfat wird hinzugefügt, damit kleinere Partikel zu einem Niederschlag zusammenklumpen (Flockung), der herausgefiltert werden kann. Fällungschemie macht Leitungswasser buchstäblich trinkbar.

Praxisbezug: Traditionelle Fotografie und Silberhalogenide

Die Filmfotografie beruhte auf Fällungschemie. Silberhalogeniakristalle (AgBr, AgCl) wurden durch Mischen von Silbernitratlösung mit einem Halogenidsalz auf Fotofilm ausgefällt. Die winzigen Niederschlagkristalle sind lichtempfindlich — wenn sie Licht ausgesetzt werden, verdunkeln sie sich. Digitalkameras haben das ersetzt, aber die Fällung von Silberhalogeniden war über ein Jahrhundert lang die Grundlage der gesamten Fotografie.

Tipp

Wo begegnet dir das im Alltag? Kalkablagerungen im Wasserkocher (Calciumcarbonat fällt aus), Wasseraufbereitungsanlagen (Phosphatentfernung), alter Fotofilm (Silberhalogenid-Fällung), Nachweise von Metallionen im Schulabor — Fällungsreaktionen stecken hinter Wasserreinheit und Materialwissenschaft.