Question 1

Was ist die freie Energie einer Lösung und wie bestimmt sie, ob sich ein gelöster Stoff löst?

Accepted Answer

Die freie Energie einer Lösung, ΔGLösung, stellt die gesamte freie Energieänderung dar, wenn sich ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel löst. Sie kombiniert die freie Energie des Mischens, ΔGMischung, und die freie Energie der Wechselwirkung, ΔGWechselwirkung, zwischen den Komponentenpartikeln. Lösungsbildung ist günstig, wenn ΔGLösung kleiner als null ist, wodurch sich der gelöste Stoff auflösen kann. Wenn ΔGLösung größer als null ist, ist die Auflösung ungünstig und der gelöste Stoff bleibt unlöslich.

Question 2

Wie wirken sich intermolekulare Wechselwirkungen darauf aus, ob zwei Substanzen sich zu einer Lösung vermischen?

Accepted Answer

Die Lösungsbildung hängt von der Balance zwischen ΔGinteraction und ΔGmixing ab. Wenn Lösungsmittel-Lösungsmittel-Wechselwirkungen die Lösungsmittel-Lösungsmittel- und Lösungsmittel-Lösungsmittel-Wechselwirkungen nicht überwinden können, wird ΔGinteraction positiv und groß, wodurch ΔGsolution positiv wird und die Auflösung verhindert wird. Wenn jedoch ΔGinteraction vernachlässigbar ist, entspricht das gesamte ΔGsolution ΔGmixing, und der gelöste Stoff löst sich vollständig im Lösungsmittel.

Question 3

Warum mischen sich unpolare Flüssigkeiten leicht miteinander?

Accepted Answer

Nichtpolare Flüssigkeiten sind mischbar, weil es keinen merklichen Unterschied in der Stärke der zwischenmolekularen Anziehungen von Lösungsmittel-Lösungsmittel, Lösungsmittel-Lösungsmittel und Lösungsmittel-Lösungsmittel gibt. Da die zwischenmolekularen Kräfte über alle Interaktionen hinweg ähnlich sind, ist ΔGinteraction vernachlässigbar. Der kostenlose Energie des Mischens dominiert, wodurch ΔGsolution negativ wird und eine vollständige Auflösung und Mischung ermöglicht wird.

Question 4

Welche Rolle spielt die Mischungsentropie bei der Lösungsbildung?

Accepted Answer

Die Lösungsbildung wird durch die Entropie der Mischung, ΔSmixing, reguliert, die unabhängig von intermolekularen Wechselwirkungen ist. Die freie Energie der Mischung, ΔGmixing, ist gleich negativem T mal ΔSmixing. Da ΔSmixing immer günstig ist, ist ΔGmixing immer negativ und treibt die Lösungsbildung an. Dieser Entropieeffekt kann positive ΔGinteraction-Werte überwinden, vorausgesetzt, diese sind nicht zu groß.

Question 5

Wie verhalten sich polare Substanzen mit Wasserstoffbrücken, wenn sie miteinander gemischt werden?

Accepted Answer

Polaire Substanzen, die Wasserstoffbrücken bilden, vermischen sich leicht, weil die Dipol-Dipol-Attraktionen von gelösten Teilchen mit Lösungsmittelpartikeln so stark sind wie die Anziehungskräfte zwischen Molekülen in reinem gelöstem Stoff oder Lösungsmittel. Da die zwischenmolekularen Kräfte vergleichbar sind, ist ΔGinteraction vernachlässigbar, und die beiden Arten von Molekülen verbinden sich leicht. Die freie Energie des Mischens dominiert und macht die Lösungsbildung günstig.

Question 6

Können zwei deutlich unterschiedliche Substanzen auch dann eine Lösung bilden, wenn ihre Wechselwirkungsfreie Energie positiv ist?

Accepted Answer

Ja, zwei deutlich unterschiedliche Substanzen können sogar dann eine Lösung bilden, wenn ΔGinteraction positiv ist, vorausgesetzt, es ist nicht zu hoch. Die immer günstige freie Energie des Mischens, ΔGmixing, kann ein moderates positives ΔGinteraction ausgleichen. Die Lösungsbildung hängt von der Gesamtbalance zwischen diesen beiden Termen ab; wenn das kombinierte ΔGsolution negativ bleibt, erfolgt die Auflösung.

Question 7

Was passiert, wenn sich Pentan in Hexan löst, und warum ist dies ein günstiger Prozess?

Accepted Answer

Wenn Pentan in Hexan gelöst wird, ersetzen Hexan-Pentan-Attraktionen in der Lösung einige Pentan-Pentan- und Hexan-Hexan-Attraktionen in reinen Flüssigkeiten. Da beide Moleküle vom Typ ähnlich sind, ist ΔGinteraction nahe Null, und ΔGmixing dominiert. Das gesamte ΔGsolution wird negativ, was die Lösungsbildung günstig macht und zu vollständiger Mischbarkeit führt.

Chemische Gleichgewichte und Löslichkeitsgleichgewichte

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