1.13 : Löslichkeit

Lösung, Löslichkeit und Löslichkeitsgleichgewicht

Eine Lösung ist eine homogene Mischung, die aus einem Lösungsmittel, der Hauptkomponente, und einem gelösten Stoff, der Nebenkomponente, besteht. Der physikalische Zustand einer Lösung – fest, flüssig oder gasförmig – ist typischerweise derselbe wie der des Lösungsmittels. Konzentrationen gelöster Stoffe werden häufig mit qualitativen Begriffen wie „verdünnt“ (mit relativ geringer Konzentration) und „Konzentrat“ (mit relativ hoher Konzentration) beschrieben.

In einer Lösung sind die gelösten Teilchen (Moleküle, Atome und/oder Ionen) eng von Lösungsmittelspezies umgeben und interagieren durch Anziehungskräfte. Dieser Auflösungsprozess wird Solvatation genannt. Wenn Wasser das Lösungsmittel ist, wird der Vorgang als Hydratation bezeichnet. Bei der Solvatation sollten die Wechselwirkungen zwischen gelöster Substanz und Lösungsmittel stärker sein als die Wechselwirkungen zwischen gelöster Substanz und gelöster Substanz sowie zwischen Lösungsmittel und Lösungsmittel. Die Präzipitation ist das Gegenteil der Solvatation und erfolgt aufgrund starker Wechselwirkungen zwischen den gelösten Substanzen.

Die Löslichkeit ist das Maß für die maximale Menge an gelöster Substanz, die in einer bestimmten Menge Lösungsmittel gelöst werden kann. Temperatur, Druck und molekulare Polarität sind einige der wichtigen Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen. Ein Löslichkeitsgleichgewicht stellt sich ein, wenn die Auflösung und Präzipitation einer gelösten Spezies mit gleichen Geschwindigkeiten erfolgt.

Gleiches löst Gleiches

Um vorherzusagen, ob eine gelöste Substanz in einem bestimmten Lösungsmittel löslich sein wird, gilt die Faustregel „Gleiches löst Gleiches“. Polare oder ionische gelöste Stoffe lösen sich in polaren Lösungsmitteln aufgrund der resultierenden Ion-Dipol- oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mit den Lösungsmittelmolekülen. Eine solche Wechselwirkung ist mit einem unpolaren Lösungsmittel nicht möglich. Unpolare gelöste Substanzen lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln durch intermolekulare Dispersionskräfte.

Hydrophile, hydrophobe und amphiphile Verbindungen

Wasser ist ein polares Lösungsmittel. Gelöste Stoffe, die in Wasser löslich sind, werden als "hydrophil" oder "wasserliebend" bezeichnet. Wenn beispielsweise festes KCl zu Wasser gegeben wird, werden die positiven (Wasserstoff-)Enden der polaren Wassermoleküle von den negativen Chloridionen und die negativen (Sauerstoff-)Enden des Wassers von den positiven Kaliumionen angezogen. Die Wassermoleküle umgeben einzelne K⁺ und Cl^-Ionen, reduzieren die starken Kräfte, die die Ionen aneinander binden, und lassen sie als solvatisierte Ionen in die Lösung übergehen.

Eine gelöste Substanz, die in Wasser unlöslich ist, wird als „hydrophob“ oder „wasserscheu“ bezeichnet. Solche gelösten Substanzen wie Öl sind aufgrund der stärkeren Wechselwirkungen zwischen gelösten Stoffen nicht in der Lage, Wasserstoffbrückenbindungen mit den umgebenden Wassermolekülen zu bilden. Dadurch verklumpen die gelösten Teilchen und bleiben ungelöst.

Verbindungen, die sowohl polare als auch unpolare Gruppen haben, werden als „amphipathisch“ oder „amphiphil“ bezeichnet. Zum Beispiel Seifen, bei denen es sich um Salze von Fettsäuren handelt. Sie haben einen hydrophoben Schwanz aus unpolaren Kohlenwasserstoffen und einen polaren hydrophilen Kopf. Die Reinigungswirkung von Seifen und Reinigungsmitteln lässt sich durch die Struktur der beteiligten Moleküle erklären. Das Kohlenwasserstoffende (unpolar) eines Seifen- oder Waschmittelmoleküls löst sich in unpolaren Substanzen wie Öl, Fett oder Schmutzpartikeln oder wird von ihnen angezogen. Das ionische Ende wird von Wasser (polar) angezogen. Dadurch orientieren sich die Seifen- oder Waschmittelmoleküle an der Grenzfläche zwischen den Schmutzpartikeln und dem Wasser und fungieren so als eine Art Brücke zwischen zwei unterschiedlichen Substanzarten, unpolaren und polaren. Dadurch werden Schmutzpartikel als kolloidale Partikel suspendiert und leicht abgewaschen.

Dieser Text wurde angepasst vonOpenStax Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process, Section 11.3: Solubility, and Section 11.5: Colloids.