L ö slichkeit

Löslichkeit von Stoffen und wie sie beeinflusst wird

Lösungen sind homogene Gemische. Auf dieser Seite werden Lösungen mit Wasser als Lösungsmittel behandelt. Es gibt jedoch auch Lösungen mit anderen flüssigen, gasförmigen oder sogar festen Stoffen.
Die maximale Menge eines Stoffes, die unter bestimmten Umständen in einer bestimmten Menge des Lösungsmittels gelöst werden kann, wobei sich ein stabiles System bildet, bezeichnet man als Löslichkeit. Bei den gegebenen Umständen handelt es sich in jedem Fall um die vorherrschende Temperatur und eventuell den vorhandenen Druck. Jede andere Menge des Stoffes im Verhältnis zur Menge eines Lösungsmittels wird als Konzentration bezeichnet.

Die Löslichkeit eines Salzes kann berechnet werden, wenn keines seiner Ionen zusätzlich auch von anderen Stoffen vorhanden ist. Sie ist im Fall des Salzes AmBn wie folgt definiert:

ceq steht für die Konzentration des Kations bzw. des Anions des Salzes im Gleichgewichtszustand (siehe unten).
m und n sind für das Salz AmBn bekannt. Für NaCl wären beide Parameter gleich 1, bei Al2(SO4)3 wäre m = 2 und n = 3.
KL ist die Löslichkeitskonstante und ist wie folgt definiert: KL = ceq(A+)m ceq(B-)n
Ist die Löslichkeitskonstante bekannt, so kann die Löslichkeit des Salzes schnell und einfach berechnet werden.

Chemisches Gleichgewicht

Bei umkehrbaren Reaktionen, die nicht nur aus einer Hin-, sondern auch aus einer Rückreaktion bestehen, existiert bei konstanter Temperatur ein charakteristisches Verhältnis von Edukten und Produkten. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Geschwindigkeit von Hin- und Rückreaktion gleich ist (vhin = vrück).

Für die Reaktion aA + bB <-> cC + dD
mit der Geschwindigkeit der Hinreaktion vhin = khin . ca(A) . cb(B)
und der Geschwindigkeit der Rückreaktion vrück = krück . cc(C) . cd(D)

gilt bei vhin = vrück:

c steht hierbei für die jeweilige Konzentration des Stoffes in der Lösung.
khin und krück sind die jeweiligen Geschwindigkeitskonstanten der Reaktionen.
K ist die sogenannte Gleichgewichtskonstante oder auch Massenwirkungskonstante.

Die Gleichgewichtskonstante gilt nur für eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck. Werden jene Parameter verändert, ändert sich auch der Wert der Konstante. Bei einem sehr hohen Wert der Gleichgewichtskonstante, sind fast nur Produkte der Reaktion zu finden. Ist der Wert sehr klein, liegt das Gleichgewicht vor allem auf der Seite der Edukte.

Löst man einen Stoff in Wasser, so ist dies möglich, bis die Konzentration des Stoffes seine Löslichkeit erreicht. Ab diesem Punkt bildet sich eine Fase von ungelöstem Stoff. Bei Feststoffen ist dies der Bodenkörper.
Die Lösung kann zwar kurzzeitig übersättigt sein, jedoch wird der zu viel gelöste Stoff schnell wieder ausfallen. Es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein, bei dem in gleicher Geschwindigkeit Stoff gelöst wird, wie aus der Lösung geht. Die Lösung ist gesättigt.

Sind bei einer Löslichkeit Temperatur und Druck nicht angegeben, so gelten meist Standardbedingungen. Für die Standardtemperatur sind 25oC oder aber 20oC üblich, während der Standarddruck 1 bar beträgt.

Folgende Parameter können Einfluss auf die Löslichkeit eines Stoffes in Wasser haben:

Polarität
Stoffe, die aus Ionen oder Molekülen, die Ladungen enthalten, bestehen, nennt man polar. Moleküle ohne diese Ladungen werden als unpolar bezeichnet. Das Wassermolekül ist polar, da seine beiden Wasserstoffmoleküle eine positive Teilladung und sein Sauerstoffmolekül eine negative Teilladung besitzt. Da sich Gleiches in Gleichem löst, sind polare Stoffe, wie etwa Salze, in Wasser besser löslich als unpolare Stoffe, wie etwa Öl.

Temperatur
Deutlichen Einfluss auf die Löslichkeit von Stoffen hat die Temperatur. Beim Lösen eines Stoffes in Wasser kommt entweder Energie (in Form von Wärme) frei, oder es wird Energie (in Form von Wärme) benötigt. Die erstgenannten Lösungsprozesse nennt man exotherm, wohingegen man letztere als endotherm bezeichnet. Ist ein solcher Prozess endotherm, nimmt die Löslichkeit des Stoffes bei steigender Temperatur zu. Dies gilt für die meisten Feststoffe. Bei exothermen Prozessen nimmt die Löslichkeit bei Temperatursteigerung ab, was normalerweise bei Gasen der Fall.

Druck
Auf die Löslichkeit von Feststoffen in Wasser hat der Druck so gut wie keinen Einfluss. Dies liegt an der geringen Volumenveränderung. Das Volumen von Gasen wird hingegen stark durch den Druck beeinflusst. Somit ist auch ihre Wasserlöslichkeit sehr druckabhängig. Es gilt: je höher der Druck, desto mehr Gas geht in Lösung.
Gase mit sehr hohen Löslichkeiten reagieren mit dem Lösungsmittel.

pH-Wert
Bei der Lösung einiger Stoffe werden aus Wassermolekülen Ionen gebildet. Ein Beispiel hierfür ist Chlor, das im Wasser die Bildung von H+-Ionen auslöst (Cl2 + H2O <-> OCl- + 2H+ + Cl-). Abhängig vom pH-Wert des Lösungsmittels enthält dieses entweder mehr H+-Ionen oder mehr OH--Ionen. Bei neutralen Lösungsmitteln ist dieses Verhältnis ausgeglichen.
Reines Wasser ist ein neutrales Lösungsmittel. Wird ein Stoff hierin gelöst, hat der pH-Wert keinen Einfluss auf seine Löslichkeit. Beispielsweise Böden können hingegen eher sauer oder basisch sein. Der pH-Wert des Bodens hat in diesem Fall Einfluss auf die Löslichkeit eines Stoffes in der Bodenlösung.

Salinität und das Vorkommen anderer Stoffe
Die Löslichkeit von Stoffen wird auch dadurch beeinflusst, ob andere Stoffe im Wasser enthalten sind. So kann jedoch nicht nur die Konzentration eines Salzes die Löslichkeit eines anderen Salzes im Wasser beeinflussen, sondern der Salzgehalt kann auch beispielsweise die Löslichkeit von Gasen verändern. Sauerstoff hat etwa in Salzwasser eine geringere Löslichkeit als in Süßwasser.

Löslichkeit von Salzen

Quellen:

Ch. E. Mortimer, U. Müller, 2003. Chemie – Das Basiswissen der Chemie.
8. Auflage, komplett überarbeitet und erweitert. Stuttgart, Georg Thieme Verlag.

Dr. G. den Boef, 1977. Theoretische grondslagen van de analyse in waterige oplossingen.
4e druk. Amsterdam/Brussel, Elsevier.

www.wikipedia.org, Löslichkeit, chemisches Gleichgewicht, evenwichtsreacties. Januar 2007.


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