10. Kapitel Lösungen Flashcards
Was versteht man unter einer Lösung ?
homogene Mischung aus Lösungsmittel (z.B. Wasser) und gelöstem Stoff
Beispiele aus dem Alltag für Lösungen
Trinkwasser Fluss / See / Meer Kaffee Tee Bier Wein Limonade Speiseöl Essig Urin Schweiß flüssige Putzmittel kosmetische Lotion Benzin ...
Angabe der Stoffmenge des gelösten Stoffs: Konzentration
2 prinzipielle Möglichkeiten
Stoffmenge des gelösten Stoffs pro Volumen (oder Masse) der Lösung
Stoffmenge des gelösten Stoffs pro Stoffmenge des Lösungsmittels
Molare Konzentration:
Stoffmengenkonzentration, Molarität
c = n/V
Stoffmenge des gelösten Stoffs pro Volumen der Lösung
Dimension:
mol l –1
oder mol/l
oder M
Massenkonzentration
ß = m / V
Masse des gelösten Stoffs pro Volumen der Lösung
Dimension:
g l–1
oder g/l
Molale Konzentration: (Molalität)
b = n / m(Lösunsmittel)
Stoffmenge des gelösten Stoffs pro Masse des Lösungsmittels
Dimension:
mol kg–1
Stoffmengenanteil: (Molenbruch)
x(i) = n(i) / n(gesamt)
Stoffmenge des gelösten Stoffs pro Stoffmenge der Lösung
Dimension: keine
Massenanteil:
w(i) = m(i) / m(gesamt)
Masse des gelösten Stoffs pro Masse der Lösung
Dimension: keine
Gesättigte Lösung
Lösung und nicht gelöster Feststoff
MX(s) ——>
Löslichkeit in Abhängigkeit vom Lösungsmittel
„similis simile solvitur“ („Ähnliches löst Ähnliches“)
polare Substanzen (Salze) – polare Lösungsmittel (H2O)
apolare Substanzen (organische Verbindungen) – organische Lösungsmittel
Kationen werden durch Ion-Wasserdipol WW solvatisiert Anionen (insbesondere Oxoanionen) werden durch H–Brücken solvatisiert
Löslichkeit von Gasen in Abhängigkeit vom Druck
generell: höherer Druck – höhere Löslichkeit
Beispiele aus dem Alltag: Kohlensäure-haltige Getränke (Cola, Sekt, …)
Taucherkrankheit (Zerstörung der Blutkapillaren beim zu schnellen Auftauchen durch zu rasches Verdampfen des im Blut bei hohem Druck gelösten N2)
Henry’sches Gesetz
c(Gas) = kH • p(gas)
kH Henry–Konstante
generell: höherer Druck – höhere Löslichkeit
Prinzip von Le Chatelier
(Prinzip des kleinsten Zwangs)
Ein dynamisches Gleichgewicht weicht einem äußeren
„Zwang“ (einer Änderung der äußeren Bedingungen) aus durch Einstellung des Gleichgewichts
bei Vergrößerung des Drucks:
GGW weicht aus durch Volumenverkleinerung des Gases mehr Gas geht in Lösung Konzentration in der Gasphase wird kleiner
Druckerhöhung wird verkleinert
bei Verkleinerung des Drucks:
GGW weicht aus durch Volumenvergrößerung des Gases Gas entweicht aus der Lösung Konzentration in der Gasphase wird größer
Löslichkeit von Salzen in Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur
kein einheitlicher Trend, abhängig von der Gitterenergie und der Summe der Wechselwirkung der gelösten Teilchen mit dem Lösungsmittel Wasser
(H-Brücken, Ion-Dipol, Dispersions-WW) = „Hydratations-Enthalpie“
jedoch oft
höhere Temperatur – bessere Löslichkeit
Kolligative Eigenschaften
Eigenschaften einer Lösung, die durch das Vorhandensein von gelösten Teilchen bestimmt wird
- Dampfdruckerniedrigung
- Siedepunktserhöhung
- Gefrierpunktserniedrigung
- Osmose und Umkehrosmose
Damfdruckerniedrigung
eine Lösung hat einen geringeren Dampfdruck im Vergleich zum reinen Lösungsmittel
auf molekularer Ebene:
Verdampfung durch gelöste Teilchen an der Oberfläche behindert
Kondensation aus der Gasphase unbehindert
Damfdruckerniedrigung
eine Lösung hat einen geringeren Dampfdruck im Vergleich zum reinen Lösungsmittel
Raoult’sches Gesetz
p(Lösung) = x(LM) • p(LM)
x(LM) Stoffmengenanteil des Lösungsmittels
p(LM) Dampfdruck des Lösungsmittels
Damfdruckerniedrigung führt zu einer Siedepunktserhöhung
eine Lösung hat einen höheren Siedepunkt im Vergleich zum reinen Lösungsmittel
Siedepunktserhöhung ist eher klein (einige Zehntel °C)
historisch:
durch Messung der Siedepunktserhöhung
Bestimmung der Molmasse des gelösten Stoffs
„Ebullioskopie“
Dampfdruckerniedrigung führt zu einer Gefrierpunktserniedrigung
eine Lösung hat einen tieferen Gefrierpunkt im Vergleich zum reinen Lösungsmittel
Gefrierpunktserniedrigung ist größer (einige °C)
als die Siedepunktserhöhung (einige Zehntel °C)
historisch:
durch Messung der Gefrierpunktserniedrigung
Bestimmung der Molmasse des gelösten Stoffs „Kryoskopie“
Anwendungen:
• Salzstreuung im Winter
• Reinheitsprüfung im organischen Praktikum
• Ultra-Reinigung von Festkörpern (z.B. Si für Elektronik) durch „Zonenschmelzen“ (Anreicherung des verunreinigten Si in der Schmelzzone)
Osmose
zwischen einer Lösung und dem reinen Lösungsmittel (bzw. einer Lösung mit kleinerer Konzentration)
herrscht ein osmotischer Druck
Nettowanderung von Lösungsmittelmolekülen von links (ungehinderter Durchtritt durch Membran) nach rechts (behinderter Zugang zur Membran durch den gelösten Stoff)
Wie erfolgt die Nettowanderung bei der Osmose?
Nettowanderung von Lösungsmittelmolekülen von links (ungehinderter Durchtritt durch Membran) nach rechts (behinderter Zugang zur Membran durch den gelösten Stoff)
Gleichgewicht zwischen dem osmotischen Druck P
und dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule
P = c • R • T
P - osmotischer Druck „Pi“
c - Konzentration
R - ideale Gaskonstante
T - Temperatur in Kelvin
je größer die Konzentration, umso größer der osmotische Druck
gleicher funktionaler Zusammenhang wie im idealen Gasgesetz: P • V = n • R • T mit n/V = c P = c • R • T
Relevanz und Anwendungen des osmotischen Drucks in der Biologie
- isotonische Infusionslösungen
- isotonische Getränke
- künstliche Niere
Relevanz und Anwendungen des osmotischen Drucks in der Chemie
• Molmassenbestimmung von Molekülen
mit sehr großer Molmasse (z.B. Polymere)
Relevanz und Anwendungen des osmotischen Drucks in der Trinkwasserversorgung
Wasser mit gelösten Salzen (z.B. Meerwasser) kann „entsalzt“ werden durch „Umkehrosmose“:
Lösung in Kontakt mit semipermeabler Membran, mit einem äußeren Druck (ca. 70 atm) der größer
ist als der osmotische Druck wird Wasser durch die Membran gepresst, gelöste Salze bleiben in
der Lösung
technologisch wichtigste Methode für Trinkwassererzeugung und Aufbereitung