Lösungsmittel und Löslichkeit

Bestimmung des Lösungsmittels und das Selektivitätsprinzip

Um eine Komponente einer gemischten Phase als Lösungsmittel zu bezeichnen, stützt man sich auf zwei Kriterien:

1. Aggregatzustand: Das Lösungsmittel bestimmt die Phase. Eine wässrige Salzlösung ist flüssig, weil Wasser flüssig ist.
2. Quantitativer Faktor: Werden zwei Flüssigkeiten vermischt, wird diejenige als Lösungsmittel bestimmt, deren Stoffmenge (in Mol) größer ist. In einer Mischung aus 56 % Ethanol und 44 % Wasser ist beispielsweise Wasser das Lösungsmittel, da die Molmenge an Wasser in einer solchen Portion doppelt so groß ist.

Die Löslichkeitsprognose basiert auf der Regel „Gleiches löst sich in Gleichem“. Wasser eignet sich hervorragend für sauerstoffhaltige Moleküle und binäre Salze. Organische Flüssigkeiten (Benzol, Hexan, Dichlormethan, Alkohole) lösen organische Stoffe. Beispielsweise lässt sich ein Fettfleck nicht mit Wasser abwaschen, aber leicht in Benzin lösen.

Stadien der Sättigung einer Lösung

Die Fähigkeit eines Stoffes, in Lösung zu gehen, hat eine Grenze. Abhängig von der Konzentration werden drei Zustände des Systems unterschieden:

• Ungesättigte Lösung: Der hinzugefügte Stoff löst sich weiterhin aktiv auf.
• Gesättigte Lösung: Es wird ein Gleichgewicht zwischen dem Bodenabsatz (Niederschlag) und dem gelösten Stoff erreicht. Bei einergegebenen Temperatur geht der Stoff nicht mehr in die flüssige Phase über. Das Hinzufügen weiterer Portionen erhöht lediglich die Masse des Bodensatzes, aber die Konzentration der Lösung ändert sich nicht.
• Übersättigte Lösung: Ein metastabiles (instabiles) System, in dem mehr Stoff gelöst ist, als das Sättigungslimit erlaubt. Dies entsteht gewöhnlich durch vorsichtiges Abkühlen. Wenn keine Kristallisationszentren vorhanden sind, fällt kein Niederschlag aus, aber die geringste Einwirkung (Reiben mit einem Glasstab, Einwerfen eines Impfkristalls) ruft eine augenblickliche Kristallisation hervor. Ein treffendes Beispiel ist Natriumacetat, das bei der Kristallisation zu „heißem Eis“ wird.

Thermodynamik und Temperaturabhängigkeit

Das Lösen selbst ist eine Kombination zweier gegenläufiger energetischer Prozesse. Die Zerstörung des Kristallgitters erfordert Energieaufwand (die Temperatur sinkt — endothermer physikalischer Prozess). Die Wechselwirkung von Partikeln mit dem Lösungsmittel, beispielsweise die Bildung von Hydraten, setzt Energie frei (die Temperatur steigt — exothermer chemischer Prozess).

Je nachdem, welcher Prozess überwiegt, kann sich die Lösung erwärmen (wie bei Calciumchlorid) oder stark abkühlen (wie bei Ammoniumnitrat). Daraus ergibt sich die thermodynamische Regel:

• Wenn das Lösen Wärme absorbiert, dann erhöht Erwärmung die Löslichkeit.
• Wenn das Lösen Wärme freisetzt, dann senkt Erwärmung die Löslichkeit.

Für Gase gilt eine eindeutige Regel: Beim Erhitzen einer Flüssigkeit nimmt die Löslichkeit jeglicher Gase immer ab. Durch Kochen können gelöste Gase vollständig aus dem Wasser entfernt werden.

Besonderheiten der Löslichkeit von Gasen und Flüssigkeiten

Neben Feststoffen können sich auch Gase und andere Flüssigkeiten lösen:

• Flüssigkeiten in Flüssigkeiten: Sie können unbegrenzt mischbar sein (Wasser und Alkohol), eine begrenzte Löslichkeit mit Phasenstratifizierung aufweisen (Wasser und Ether) oder sich überhaupt nicht mischen (Wasser und Quecksilber).
• Gase in Flüssigkeiten: Im Gegensatz zu Feststoffen hängt die Löslichkeit von Gasen direkt vom Druck ab. Beim Öffnen einer Champagnerflasche fällt der Druck abrupt ab, die Lösung wird übersättigt, und Kohlendioxid entweicht stürmisch. In Gasgemischen hängt die Löslichkeit jeder Komponente von ihrem Partialdruck ab (Gesetz von Henry-Dalton).

Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt

• Berechnung des Massenanteils in einer gesättigten Lösung über den Koeffizienten Ks
• Der mathematische Apparat des Gesetzes von Henry-Dalton
• Stöchiometrie der Herstellung von Lösungen aus Kristallhydraten
• Umkristallisation als Methode zur Reinigung von Feststoffen von Verunreinigungen
• Analyse von Diagrammen zur Temperaturabhängigkeit der Salzlöslichkeit

Weitere Themen aus dem Kapitel „Kapitel 4. Lösungen“

Das Material wurde von Dozenten von WhiteCoat Pro nach dem Lehrplan medizinischer Hochschulen erstellt. Es hat Bildungscharakter.