Löslichkeit

Die Löslichkeit ist ein Maß für die Fähigkeit eines gelösten Stoffes, sich in einem Lösungsmittel aufzulösen. Unterschiedliche gelöste Stoffe haben unterschiedliche Löslichkeiten. So hat Natriumchlorid eine Löslichkeit von 39 Gramm in 100 Millilitern Wasser, während Silberchlorid nur 0,002 Gramm beträgt.

Warum ist das so? Die Löslichkeit hängt von den physikalischen und chemischen Eigenschaften sowohl des gelösten Stoffes als auch des Lösungsmittels ab. Sie haben das selbst gesehen. Sie wissen zum Beispiel, dass sich Butter nicht in Wasser auflöst, aber in Olivenöl.

Der Begriff "Gleiches löst Gleiches auf" erinnert uns daran, dass ein Lösungsmittel einen gelösten Stoff mit ähnlicher Polarität auflöst. Polare Lösungsmittel lösen also polare gelöste Stoffe auf, während unpolare Lösungsmittel unpolare gelöste Stoffe auflösen. Darüber hinaus können wir die Löslichkeit durch andere Faktoren wie pH-Wert, Temperatur und Druck beeinflussen.

Zum Beispiel nimmt die Löslichkeit typischerweise mit steigender Temperatur zu. Denken Sie an die Auflösung von Zucker in Eiskaffee im Vergleich zu heißem Kaffee. Wenn sich nun ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel auflöst, kann nur so viel aufgelöst werden. Wenn diese Grenze erreicht ist, befinden sich die dissoziierten Ionen im Gleichgewicht mit dem Feststoff und die Lösung ist gesättigt. Das bedeutet, dass sich der gelöste Stoff nicht auflöst, wenn Sie mehr hinzufügen.

Wir können dieses Gleichgewicht mit Hilfe einer Gleichgewichtskonstante K_c quantifizieren. Diese Gleichung verwendet die Konzentrationen der gelösten Produkte im Zähler und der Reaktanten im Nenner, die jeweils hoch ihrem stöchiometrischen Koeffizienten erhöht werden. Wir können diese Gleichgewichtskonstante verwenden, um die Thermodynamik des Auflösungsprozesses zu verstehen, während er von seinem ursprünglichen ungelösten Zustand zu seinem endgültigen gelösten Zustand übergeht.

Die Enthalpie H einer Lösung ist ein quantitatives Maß für den Gesamtwärmegehalt des Systems, und ΔH beschreibt die Änderung dieses Wärmegehalts. Wenn ΔH positiv ist, bedeutet dies, dass die Reaktion Wärme absorbiert hat oder endotherm ist. Wenn ΔH negativ ist, bedeutet dies, dass die Reaktion Wärme freisetzt oder exotherm ist. Als nächstes beschreibt die Entropie, S, den Grad der Unordnung in einem System. ΔS ist 0 für eine reversible Reaktion, ist aber ansonsten positiv, da die Störung eines Systems bevorzugt zunimmt.

Schließlich ist die freie Gibbs-Energie, G, ein Maß für die Energie, die zur Verrichtung von Arbeit verwendet werden kann. Sie wird aus ΔH und ΔS berechnet und ist temperaturabhängig. Wenn ΔG positiv ist, ist die Reaktion nicht spontan und es muss Energie aufgewendet werden, damit die Reaktion fortgesetzt werden kann. Wenn ΔG kleiner als 0 ist, bedeutet dies, dass die Reaktion spontan ist.

Diese Eigenschaften sagen uns viel darüber, wie sich ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel auflöst. Zum Beispiel können wir Enthalpie und Entropie verwenden, um zu lernen, ob der gelöste Stoff es vorzieht, in seiner geordneten kristallinen Form ungelöst oder in Lösung ungeordnet zu bleiben. Und wir können die Gibbs-Energie nutzen, um zu lernen, ob wir Energie über Wärme einsetzen müssen, um eine Substanz aufzulösen.

In diesem Labor untersuchen Sie die Löslichkeit einer Verbindung bei unterschiedlichen Temperaturen und verwenden Titration, um die genaue Konzentration der gesättigten Lösung zu bestimmen. Anschließend verwenden Sie Ihre Daten, um die thermodynamischen Eigenschaften der Auflösung zu berechnen.