Oldódás és csapadékképződés

Tegyük fel, hogy van egy kis szilárd nátrium-kloridunk, azaz sónk. Ez itt egy kupac só. A sót vízbe tesszük. Itt van a víz egy főzőpohárban. A nátrium-klorid fel fog oldódni a vízben. A nátrium-klorid az oldott anyag, és a víz az oldószer. Ez az oldódás folyamata. Ha közelebbről megnézzük a nátrium-kloridot, ez egy ionkristály. Ionkötések tartják össze. A pozitív töltésű nátriumkationt vonzza a negatív töltésű kloridanion. Ez tartja össze az ionkristályt. Amikor a szilárd nátrium-kloridot vízbe tesszük... Ne feledd, a víz poláris molekula, az oxigénatom elektronegativitása nagyobb, mint a hidrogéneké. Így az oxigénnek részleges negatív töltése, a hidrogéneknek részleges pozitív töltése lesz. Így a molekula poláris. Az oxigén negatív töltése kölcsönhatásba lép a nátrium pozitív töltésével. Az ellentétes töltések vonzzák egymást. Ezt a vízmolekulát vonzza ez a nátriumkation, és ugyanez történik ezzel a vízmolekulával is. Részleges negatív töltés, amelyet vonz a pozitív töltésű nátriumion. Így a vízmolekulák magukhoz húzzák a nátriumionokat, és végül ez a helyzet áll elő. A részleges negatív töltésű oxigénatomok kölcsönhatásba lépnek a nátriumkationnal. A víz dipólusmolekula, a nátriumkation pedig egy ion. Ezért ezt ion-dipólus kölcsönhatásnak hívjuk. A vízmolekulák felszakítják az ionkötéseket, magukhoz húzzák a nátriumionokat, majd körbeveszik őket. Ennek a folyamatnak a neve: hidratáció. Ez tehát a hidratáció folyamata, melynek során az iont körbeveszi és stabilizálja egy oldószermolekulákból álló burok. Ugyanez fog történni a kloridionokkal is. A kloridanion negatív töltésű, és ez a negatív töltés a poláris molekula pozitív részéhez vonzódik. Az oxigénnek részleges negatív töltése van, a hidrogénnek részleges pozitív. Az ellentétes töltések vonzzák egymást, a pozitív és negatív töltések kölcsönhatásba lépnek egymással. Ugyanez történik ezzel a vízmolekulával is: itt a részlegesen pozitív hidrogén. Ez a kölcsönhatás kiszakítja a kloridiont a kristályból, és oldatba viszi. A részlegesen pozitív hidrogénatomok kölcsönhatásba lépnek a negatív kloridionokkal. Ismét ion-dipólus kölcsönhatást látunk. A kloridiont körbeveszik a vízmolekulák. Tehát még egyszer: ez a hidratáció. Az eredmény: minden nátriumiont körbevesznek a vízmolekulák, és minden kloridiont is. A nátrium-klorid feloldódott a vízben. Oldat keletkezett, a nátrium-klorid vizes oldata. Ha ezt írásban akarjuk jelezni, így írjuk: itt van a szilárd nátrium-klorid, ezt vízbe, az oldószerbe helyezzük, és a vízmolekulák körbeveszik az ionokat. Most oldott nátriumionok vannak, ezért aq-t írunk ide, [vizes oldat angolul: aqueous solution] és szintén oldatban vannak a kloridionok, ezért ide is aq-t írunk. Tehát ez a nátrium-klorid vizes oldata. A nátrium-klorid feloldódott a vízben. Legyen most egy főzőpohárban NaCl-oldat, NaCl vizes oldata, amely oldott nátriumionokat és oldott kloridionokat tartalmaz. Legyen egy másik főzőpohárban egy oldatban ezüst-nitrát, azaz AgNO₃. Az ezüst-nitrát vizes oldata azt jelenti, hogy vannak feloldott ezüstkationok, Ag⁺, és nitrátanionok, NO₃⁻. Öntsük az egyik főzőpohár tartalmát a másikba. Mondjuk öntsük ezt ebbe. Összeöntjük a két oldatot. Néhány dolgot észrevehetünk. Természetesen nő a térfogat, hiszen az egyik pohár tartalmát a másikba öntjük. Egy fehér szilárd anyag is keletkezik. Egy fehér, szilárd anyag keletkezik itt lent. Akkor jön létre ez az anyag, amikor az ezüstionok kölcsönhatásba lépnek a kloridionokkal. Szilárd ezüst-klorid fog keletkezni, azaz AgCl. AgCl-ot irunk, és alulra írunk egy s betűt, ez jelzi, hogy a keletkezett anyag szilárd. Ezt a szilárd anyagot csapadéknak nevezzük. Ez magától csapódik ki az oldatból. Ez a csapadékképződés folyamata, ami az oldódás ellentéte. Oldódásnál szilárd anyagot tettünk a vízbe, és ionok keletkeztek. Csapadékképződésnél az ionok egyesülve szilárd anyagot hoznak létre, amely magától kicsapódik az oldatból. Tehát az ezüst-klorid a csapadék. Az oldatban ionok is maradnak. Továbbra is itt vannak a nátriumionok és a nitrátionok. Tehát van az oldatban nátriumion és nitrátion. Ide is írhatjuk őket. NaNO₃(aq), tehát ezek az ionok az oldatban vannak. Nézzük meg részletesebben, hogyan keletkezik a csapadék! Tudjuk, hogy voltak az oldatban ezüstionok. Itt az ezüstion. Tudjuk, hogy ezt az iont körbeveszik a vízmolekulák a hidratáció során. Ezek az oxigének részlegesen negatívak. Az ellentétes töltések vonzzák egymást, létezik egy erő, mely oldatban tartja az iont. Ezt a hidratáció biztosítja. Ugyanez érvényes a kloridionra is. A hidrogén részleges pozitív töltése... az ellentétes töltések vonzzák egymást, szóval ezek a vízmolekulák stabilizálják az oldott kloridiont. De amikor összeöntjük a két oldatot, létrejön a csapadék. Ezüst-klorid keletkezik. Ez az ionkristály keletkezik. Még egyszer: az ellentétes töltések vonzzák egymást, így a pozitív ezüstkation vonzza a negatív kloridaniont. Látjuk, hogy létrejön ez a szilárd anyag, tehát az ionkristályban az elektromos vonzóerő erősebb, mint a hidratációs kölcsönhatás. A kloridanion idemegy, utána ez az ezüstion ide. Az ionok kiválnak az oldatból, és csapadék keletkezik. Ez a szilárd anyag az ezüst-klorid. Ez az egyik lehetőség annak bemutatására, hogy mi történt. Kiírhatjuk az összes iont is, igaz? Ehelyett egy másik felírása a történteknek az volna, hogy a nátrium-klorid oldatban oldott nátriumkationok vannak, ide írjuk a nátriumionokat, és kloridanionok is vannak, tehát Cl⁻. Ehhez adjuk az ezüst-nitrát-oldatot, amely oldott ezüstionokat, azaz Ag⁺-t, és nitrátionokat, azaz NO₃⁻-ionokat tartalmaz. És látjuk a csapadékképződést. AgCl keletkezett, ez a szilárd anyag. Ideírom: AgCl, ez a csapadék. Ezeken kívül voltak még nátriumionok és nitrátionok. Nátriumionok, Na⁺, és nitrátionok, NO₃⁻. Jó sokat írtunk. Mindkét felírás ugyanazt az információt nyújtja. Az alsó változat csak feltünteti az összes iont. Valójában csak az ionok egy része reagál. Az ezüstion és a kloridion egyesül, és ezüst-kloriddá alakul. Felírhatjuk a nettó ionegyenletet, amely megmutatja, hogyan keletkezik a csapadék. Felírjuk az ezüstionokat, Ag⁺, szóval az ezüstionokat és a kloridionokat, melyek egyesülve létrehozzák a csapadékot, az AgCl-ot. Ez a nettó ionegyenlet. Ez a nettó ionegyenlet, mivel némelyik ion nem vesz részt a reakcióban. Ezek csak „figyelik”, mi történik. A nátriumion szerepel a bal oldalon és a jobb oldalon is oldott ionként. A nitrátion ugyanígy. Itt van a bal oldalon oldott ionként, és a jobb oldalon is oldott ionként. A nátriumiont és a nitrátiont kísérő ionoknak nevezzük, mivel a folyamatban nem vesznek részt. Ezek az ionok csak „nézik”, ahogy az ezüst-klorid kicsapódik. Ezért angolul spectator, azaz „megfigyelő” ionoknak nevezik őket. Ez volt a csapadékképződés folyamata.