12.2: Intermolekulare Kräfte in Lösungen

Die Bildung einer Lösung ist ein Beispiel für einen spontanen Prozess, einen Prozess, der unter bestimmten Bedingungen ohne Energie aus einer externen Quelle abläuft.

Wenn sich die Stärken der intermolekularen Anziehungskräfte zwischen gelösten und Lösungsmittelspezies in einer Lösung nicht von denen unterscheiden, die in den getrennten Komponenten vorhanden sind, wird die Lösung ohne begleitende Energieänderung gebildet. Eine solche Lösung wird als ideale Lösung bezeichnet. Ein Gemisch idealer Gase (oder Gase wie Helium und Argon, die sich dem idealen Verhalten sehr nahe kommen) ist ein Beispiel für eine ideale Lösung, da die Einheiten, aus denen diese Gase bestehen, keine signifikanten intermolekularen Anziehungskräfte erfahren.

Ideale Lösungen können sich auch bilden, wenn strukturell ähnliche Flüssigkeiten gemischt werden. So bilden beispielsweise Gemische aus den Alkoholen Methanol (_CH3OH) und Ethanol (C₂H₅OH) ideale Lösungen, ebenso wie Gemische aus den Kohlenwasserstoffen Pentan C₅H₁₂ und Hexan C₆H₁₄. Im Gegensatz zu einem Gasgemisch erfahren die Bestandteile dieser Flüssig-Flüssig-Lösungen jedoch tatsächlich intermolekulare Anziehungskräfte. Da aber die Moleküle der beiden zu mischenden Substanzen strukturell sehr ähnlich sind, so sind die anziehenden intermolekularen Kräfte zwischen gleichen und ungleichen Molekülen im wesentlichen dieselben, und der Auflösungsprozess bringt daher keine nennenswerte Zunahme oder Abnahme der Energie mit sich. Diese Beispiele verdeutlichen, wie allein eine erhöhte Materieausbreitung die treibende Kraft sein kann, die erforderlich ist, um die spontane Bildung einer Lösung zu bewirken. In einigen Fällen können jedoch die relativen Größen der intermolekularen Anziehungskräfte zwischen gelösten und Lösungsmittelspezies eine Auflösung verhindern.

Betrachten wir das Beispiel einer ionischen Verbindung, die sich in Wasser auflöst. Für die Bildung der Lösung müssen die elektrostatischen Kräfte zwischen den Kationen und Anionen der Verbindung (gelöster Stoff) vollständig überwunden werden, da zwischen diesen Ionen und Wassermolekülen Anziehungskräfte (gelöster Lösungsmittel) entstehen. Die Wasserstoffbrückenbindung zwischen einem relativ kleinen Teil der Wassermoleküle muss ebenfalls überwunden werden, um gelösten gelösten Stoff aufzunehmen. Wenn die elektrostatischen Kräfte des gelösten Stoffes signifikant größer sind als die Solvatationskräfte, ist der Auflösungsprozess signifikant endotherm und die Verbindung löst sich möglicherweise nicht in nennenswertem Maße auf. Sind die Solvatationskräfte jedoch viel stärker als die elektrostatischen Kräfte der Verbindung, ist die Auflösung deutlich exotherm und die Verbindung kann sehr gut löslich sein.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 11.1: Der Auflösungsprozess.