Im einfachsten Fall, z. B. beim Silberchlorid, besteht das Salz aus gleichwertigen Ionen (x = y). Die Löslichkeit ist dann gleich der Wurzel des Löslichkeitsprodukts.
C(AgCl)=c(Ag+)=c (Cl–)=KL(AgCl)
Löslichkeitsprodukt und Löslichkeit sind temperaturabhängig. Aus diesem Grund sind die tabellierten Werte von Löslichkeitsprodukten für bestimmte Temperaturen angegeben, in der Regel für 25 °C.
Die meisten Salze, z. B. Kaliumchlorid, lösen sich endotherm in Wasser, sodass ihre Löslichkeit mit steigender Temperatur zunimmt. Weit weniger Löslichkeitsgleichgewichte sind exotherm. Die Löslichkeit solcher Salze wie Calciumchromat (CaCrO4) sinkt mit steigender Temperatur.
Die Lösungsenthalpie ist die Differenz zwischen der Gitterenergie und der Hydratationsenthalpie, die bei der Bildung von hydratisisierten Ionen frei wird. Kochsalz hat eine sehr geringe Lösungsenthalpie, sodass die Löslichkeit von NaCl nahezu temperaturunabhängig ist.
Die Löslichkeit und das Löslichkeitsprodukt sind jedoch praktisch nicht druckabhängig, da die Volumenänderung während der Fällung vernachlässigbar ist. Im Gegensatz dazu kann die Löslichkeit von Stoffen durch Veränderungen der Konzentrationen beeinflusst
werden.
Erhöht man die Konzentration der Chlorid-Ionen in einer gesättigten AgCl-Lösung durch Zusatz einer KCl-Lösung, so weicht das Gleichgewicht diesem Zwang aus. Unter Verbrauch der Chlorid-Ionen wird Silberchlorid ausgefällt und die Ag+–Ionenkonzentration– und damit die Löslichkeit des Salzes –
sinkt. Der gleiche Effekt wird beobachtet, wenn man die Konzentration des anderen „Reaktionsprodukts“, der Ag+–Ionen erhöht. In diesem Fall entspricht die Löslichkeit des Silberchlorids der Cl
––Ionenkonzentration.
Die Erhöhung der Konzentration einer Ionensorte durch gleichionige Zusätze führt zu einer Verringerung der Löslichkeit eines Salzes, weil das Löslichkeitsprodukt konstant bleibt.
Gekoppelte Gleichgewichte
Die Löslichkeit von Stoffen kann durch Zugabe von Säuren oder
Komplexbildnern beeinflusst werden. In beiden Fällen liegt neben dem Löslichkeitsgleichgewicht ein weiteres chemisches Gleichgewicht vor und man spricht von gekoppelten Gleichgewichten.
Viele schwer lösliche Salze können durch Zugabe von Säuren oder Basen in Lösung gebracht werden. Die Ursache liegt darin, dass eine Ionensorte aus dem Löslichkeitsgleichgewicht gleichzeitig an einem Säure-Base-Gleichgewicht beteiligt ist.
Die schwer löslichen
Sulfide sind die Salze der schwachen Säure Schwefelwasserstoff. Wenn man Eisensulfid durch Zugabe einer Säure auflösen will, liegen folgende Gleichgewichte vor.
FeS(s)⇄Fe2+ (aq)+S2–(aq)KL=c(Fe2+)·c(S2– )S2–(aq)+2H3O+(aq)⇄ H2S(aq)+2H2O(l)K(H2S)=c (H2S)c(S2–)·c2(H3O+)
Die Gleichgewichtskonstante der Protolyse der S2––Ionen ergibt sich aus den beiden Säurekonstanten der zweiwertigen Säure H2S:
K(H2S)=1KS1·KS2
Durch Zugabe der Säure wird die
H3O+–Konzentrationen im Säure-Base-Gleichgewicht erhöht und dadurch mehr Schwefelwasserstoff gebildet. Dazu werden dem Löslichkeitsgleichgewicht Sulfid-Ionen entzogen. Diese müssen durch Auflösen des Eisensulfids nachgebildet werden. Da Schwefelwasserstoff eine schwache Säure ist, liegt das Säure-Base-Gleichgewicht weit auf der Seite des
Schwefelwasserstoffs und Eisensulfid wird bei hohen H3O+–Konzentrationen vollständig aufgelöst.
In der gleichen Weise kann die Löslichkeit eines schwer löslichen Salzes auch durch Zugabe von Komplexbildnern deutlich vergrößert werden. In
diesem Fall wird ein Löslichkeitsgleichgewicht mit einem Komplexbildungsgleichgewicht gekoppelt.
Silberhalogenide sind in Ammoniak unterschiedlich löslich, da sich die Löslichkkeitsprodukte um mehrere Größenordnungen voneinander unterscheiden. Diese Tatsache macht man sich beim qualitativen Nachweis der Halogenid-Ionen zunutze.
Lösungen sind homogene Gemische. Auf dieser Seite werden Lösungen mit Wasser als Lösungsmittel behandelt. Es gibt jedoch auch Lösungen mit anderen flüssigen, gasförmigen oder sogar festen Stoffen.
Die maximale Menge eines Stoffes, die unter bestimmten Umständen in einer bestimmten Menge des Lösungsmittels gelöst werden kann, wobei sich ein stabiles System bildet, bezeichnet man als Löslichkeit. Bei den gegebenen Umständen handelt es sich in jedem Fall um die vorherrschende
Temperatur und eventuell den vorhandenen Druck. Jede andere Menge des Stoffes im Verhältnis zur Menge eines Lösungsmittels wird als Konzentration bezeichnet.
Die Löslichkeit eines Salzes kann berechnet werden, wenn keines seiner Ionen zusätzlich auch von anderen Stoffen vorhanden ist. Sie ist im Fall des Salzes AmBn wie folgt definiert:
ceqsteht für
die Konzentration des Kations bzw. des Anions des Salzes im Gleichgewichtszustand (siehe unten).
m und n sind für das Salz AmBn bekannt. Für NaCl wären beide Parameter gleich 1, bei Al2(SO4)3 wäre m = 2 und n = 3.
KL ist die Löslichkeitskonstante und ist wie folgt definiert: KL = ceq(A+)m ceq(B-)n
Ist
die Löslichkeitskonstante bekannt, so kann die Löslichkeit des Salzes schnell und einfach berechnet werden.
Chemisches Gleichgewicht
Bei umkehrbaren Reaktionen, die nicht nur aus einer Hin-, sondern auch aus einer Rückreaktion bestehen, existiert bei konstanter Temperatur ein charakteristisches Verhältnis von Edukten und Produkten. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Geschwindigkeit von Hin- und Rückreaktion gleich ist (vhin = vrück).
Für die Reaktion aA + bB <-> cC + dD
mit der Geschwindigkeit der Hinreaktion vhin = khin . ca(A) . cb(B)
und der Geschwindigkeit der Rückreaktion vrück = krück . cc(C) . cd(D)
gilt bei vhin = vrück:
c steht
hierbei für die jeweilige Konzentration des Stoffes in der Lösung.
khin und krück sind die jeweiligen Geschwindigkeitskonstanten der Reaktionen.
K ist die sogenannte Gleichgewichtskonstante oder auch Massenwirkungskonstante.
Die Gleichgewichtskonstante gilt nur für eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck. Werden jene Parameter verändert, ändert sich auch der Wert der Konstante. Bei einem sehr hohen Wert der Gleichgewichtskonstante, sind fast nur Produkte der Reaktion zu finden. Ist der Wert sehr klein, liegt das Gleichgewicht vor allem auf der Seite der Edukte.
Löst man einen Stoff in Wasser, so ist dies möglich, bis die Konzentration des Stoffes seine Löslichkeit erreicht. Ab diesem Punkt bildet sich eine Fase von ungelöstem Stoff. Bei Feststoffen ist dies der Bodenkörper.
Die Lösung kann zwar kurzzeitig übersättigt sein, jedoch wird der zu viel gelöste Stoff schnell wieder
ausfallen. Es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein, bei dem in gleicher Geschwindigkeit Stoff gelöst wird, wie aus der Lösung geht. Die Lösung ist gesättigt.
Sind bei einer Löslichkeit Temperatur und Druck nicht angegeben, so gelten meist Standardbedingungen. Für die Standardtemperatur sind 25oC oder aber 20oC üblich, während der Standarddruck 1 bar beträgt.
Folgende Parameter können Einfluss auf die Löslichkeit eines Stoffes in Wasser
haben:
Polarität
Stoffe, die aus Ionen oder Molekülen, die Ladungen enthalten, bestehen, nennt man polar. Moleküle ohne diese Ladungen werden als unpolar bezeichnet. Das Wassermolekül ist polar, da seine beiden Wasserstoffmoleküle eine positive Teilladung und sein Sauerstoffmolekül eine negative Teilladung besitzt. Da sich Gleiches in Gleichem löst, sind polare Stoffe, wie etwa Salze, in Wasser besser löslich als unpolare Stoffe, wie etwa Öl.
Temperatur
Deutlichen Einfluss auf die Löslichkeit von Stoffen hat die Temperatur. Beim Lösen eines Stoffes in Wasser kommt entweder Energie (in Form von Wärme) frei, oder es wird Energie (in Form von Wärme) benötigt. Die erstgenannten Lösungsprozesse nennt man exotherm, wohingegen man letztere als endotherm bezeichnet. Ist ein solcher Prozess endotherm, nimmt die Löslichkeit des Stoffes bei steigender Temperatur zu. Dies gilt für die meisten Feststoffe. Bei exothermen Prozessen nimmt
die Löslichkeit bei Temperatursteigerung ab, was normalerweise bei Gasen der Fall.
Druck
Auf die Löslichkeit von Feststoffen in Wasser hat der Druck so gut wie keinen Einfluss. Dies liegt an der geringen Volumenveränderung. Das Volumen von Gasen wird hingegen stark durch den Druck beeinflusst. Somit ist auch ihre Wasserlöslichkeit sehr druckabhängig. Es gilt: je höher der Druck, desto mehr Gas geht in Lösung.
Gase mit sehr hohen Löslichkeiten reagieren mit dem
Lösungsmittel.
pH-Wert
Bei der Lösung einiger Stoffe werden aus Wassermolekülen Ionen gebildet. Ein Beispiel hierfür ist Chlor, das im Wasser die Bildung von H+-Ionen auslöst (Cl2 + H2O <-> OCl- + 2H+ + Cl-). Abhängig vom pH-Wert des Lösungsmittels enthält dieses entweder mehr H+-Ionen oder mehr OH--Ionen. Bei neutralen Lösungsmitteln ist dieses Verhältnis ausgeglichen.
Reines
Wasser ist ein neutrales Lösungsmittel. Wird ein Stoff hierin gelöst, hat der pH-Wert keinen Einfluss auf seine Löslichkeit. Beispielsweise Böden können hingegen eher sauer oder basisch sein. Der pH-Wert des Bodens hat in diesem Fall Einfluss auf die Löslichkeit eines Stoffes in der Bodenlösung.
Salinität und das Vorkommen anderer Stoffe
Die Löslichkeit von Stoffen wird auch dadurch beeinflusst, ob andere Stoffe im Wasser enthalten sind. So kann jedoch nicht nur die
Konzentration eines Salzes die Löslichkeit eines anderen Salzes im Wasser beeinflussen, sondern der Salzgehalt kann auch beispielsweise die Löslichkeit von Gasen verändern. Sauerstoff hat etwa in Salzwasser eine geringere Löslichkeit als in Süßwasser.
Löslichkeit von Salzen
Quellen:
Ch. E. Mortimer, U. Müller, 2003.
Chemie – Das Basiswissen der Chemie.
8. Auflage,
komplett überarbeitet und erweitert. Stuttgart, Georg Thieme Verlag.
Dr. G. den Boef, 1977. Theoretische grondslagen van de analyse in waterige oplossingen.
4e druk. Amsterdam/Brussel, Elsevier.
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