Fällungsreaktion

Fällungsreaktionen n​ennt man chemische Reaktionen, b​ei denen d​ie Reaktanten i​m Lösungsmittel gelöst vorliegen u​nd mindestens e​in Produkt d​er Reaktion i​n diesem Lösungsmittel un- o​der schwerlöslich i​st oder d​ie Lösung d​urch Abkühlen übersättigt wird. Das Produkt m​it schlechter Löslichkeit fällt aus, d​ie Ausfällung w​ird allgemein Niederschlag genannt. In Reaktionsgleichungen w​ird das Ausfallen e​ines Stoffes m​it einem ↓ o​der einem (s) für solid hinter d​er Summenformel d​es Stoffs gekennzeichnet.

Veranschaulichung der Fällungsreaktion

Fällungsmittel

Fällungsmittel s​ind Stoffe o​der Stoffgemische, welche d​ie Ausfällung gelöster Stoffe z​u unlöslichen Feststoffen bewirken (dem Niederschlag).[1]

Als Fällungsmittel i​m Kationentrenngang d​er Analytischen Chemie dienen z. B. Salzsäure, Schwefelwasserstoff, Ammoniumsulfid u​nd Ammoniumcarbonat, d​a sie unlösliche Schwermetallchloride, -sulfide u​nd -carbonate bilden.

Fällungsmittel h​aben einen s​ehr besonderen Stellenwert b​ei der Abwasserreinigung (siehe a​uch Fällung, Flockung, Flockungsmittel) z​ur Entfernung v​on Sulfiden o​der Phosphaten.[2]

Beispielreaktionen

Die Fällung v​on Bleisulfidniederschlag a​us Bleisalzlösung:

(Eine Nachweisreaktion für Sulfidanionen bzw. Blei(II)-kationen)

Die Fällung v​on Bariumsulfat a​us Bariumchloridlösung:

(Eine Synthesereaktion z​ur Herstellung v​on „Malerweiß“)

Beispiele von Fällungsreaktionen von Halogenen; :

Anwendung von Fällungsreaktionen
Durch das Verwenden von spezifischen Fällungsreaktionen ist es möglich, einzelne Bestandteile einer Lösung zu identifizieren. Klassisches Beispiel ist der Kationentrenngang, bei dem Fällungsreaktionen sowohl zur Ionenidentifikation als auch zum Ausfällen von störenden Ionen verwendet werden.
In der Gravimetrie sind Fällungsreaktionen Grundlage vieler Gehaltsbestimmungen und auch Teile der Volumetrie (speziell die Argentometrie) arbeiten mit Fällungen.
In der Abwasserreinigung ist die Fällung die übliche Methode, um die Phosphatkonzentration zu senken (Phosphorelimination). Dazu wird Eisen(II)-sulfat, Eisenchlorid, Aluminiumchlorid, Natriumaluminat oder Polyaluminiumchlorid hinzugefügt. Im Prinzip funktionieren alle Metallsalze ähnlich. Jedoch hat jedes einzelne Metallsalz spezielle Vorzüge, die mit örtlichen Gegebenheiten, Anlagenkonstruktion, Abwasserzusammensetzung und dem Reinigungsziel abgestimmt werden müssen. Man unterscheidet bei der Phosphatelimination vier Verfahren, die sich durch die Dosierstellen unterscheiden und unterschiedliche Auswirkungen auf die Reinigungsziele haben.
  1. Vorfällung: Die Dosierstelle befindet sich im Zulauf der Vorklärung. Wirkung: Die Anlage wird entlastet. Hier ist der Einsatz von 3- und höherwertigen Metallsalzen üblich.
  2. Simultanfällung: Die Dosierstelle befindet sich im Zulauf der biologischen Stufe oder direkt in der biologischen Stufe. Wirkung: größte Effizienz des eingesetzten Fällmittels, gängigste Phosphatfällung, geeignet auch für die kostengünstigeren zweiwertigen Metallsalze, die speziell bei großen Anlagen mit entsprechenden Bedarfsmengen genutzt werden.
  3. Nachfällung: Die Dosierstelle befindet sich im Zulauf der Nachklärung oder in der gesonderten 3. Reinigungsstufe. Die 3. Reinigungsstufe findet heutzutage kaum noch Verwendung, da sie gegenüber der Simultanfällung sehr teuer ist. Überraschenderweise wird im europäischen Ausland diese Phosphat-Reinigungsstufe bei neuen Anlagen wieder gebaut. Wirkung: Gezielte Fällung, die durch eine Phosphatmessung in der biologischen Stufe gesteuert werden kann. Nur 3- und höherwertige Metallsalze möglich.
  4. Flockungsfiltration: Die Dosierstelle befindet sich im Zulauf der Filtration. Filteranlagen sind nur bei einigen großen Klärwerken vorhanden. Dort wird die Flockenfiltration eingesetzt, um beste Ergebnisse zu erreichen und die Ablaufwerte noch einmal zu senken. Üblicherweise wird diese Methode bei Einleitung in Trinkwasserreservoirs verwendet wie z. B. am Bodensee.
Störende Stoffe in einer Analytlösung werden ausgefällt und somit entfernt. Dieses Verfahren wird dann auch Umfällung genannt und stellt im Unterschied zur Umkristallisation eine chemische Reaktion dar. Zum Beispiel entfernt eine Carrez-Klärung Proteine aus einer Lösung.
  • Partikelsynthese: Herstellung von Feststoffpartikeln (z. B. Pigmente)
Fällungsreaktionen sind ein großtechnisch genutztes Verfahren zur Herstellung von Feststoffen, wie z. B. Pigmenten oder anderen funktionalen Partikeln. Viele Eisen-Farbpigmente werden mittels Fällungsreaktion hergestellt. Die Steuerung der mittels Fällung produzierten Partikelgröße ist bei schnell ablaufenden Fällungsreaktionen ein Problem, da die gleichmäßige Vermischung der Ausgangsstoffe im großtechnischen Maßstab nicht in kurzer Zeit gewährleistet werden kann. Hochschermischverfahren, wie z. B. Ultraschall. Die kurze Anwendung von Ultraschallwellen auf eine übersättigte Lösung kann die Bildung von Partikelkeimen einleiten. Da die Ultraschallbehandlung nur in der Anfangsphase durchgeführt wird, verläuft das anschließende Partikelwachstum ungehindert, was zu größeren Partikeln führt. Eine kontinuierliche Beschallung der übersättigten Lösung führt zu kleinen Partikel, da der ununterbrochene Ultraschall viele Kerne erzeugt, was zum Wachstum vieler kleiner Partikel führt. Gepulster Ultraschall ist die Anwendung von Ultraschall in bestimmten Abständen. Eine präzise kontrollierte Zufuhr von Energie mittels Ultraschall ermöglicht es, das Partikelwachstum zu beeinflussen, um eine maßgeschneiderte Partikelgröße zu erhalten.[3]
Wikibooks: Anorganische Chemie für Schüler/ Ionen, Salze, Fällungsreaktionen und Ionenbindung – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise
  1. Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig 1965, S. 389–390.
  2. Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 2: Cm–G. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1981, ISBN 3-440-04512-9, S. 1232.
  3. Ultraschall-gestützte Kristallisation und Fällung. In: www.hielscher.com. Abgerufen am 7. März 2019.
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