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Löslichkeit

Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an, in welchem Umfang ein Reinstoff in einem Lösungsmittel gelöst werden kann. Sie bezeichnet die Eigenschaft des Stoffes, sich unter homogener Verteilung (als Atome, Moleküle oder Ionen) im Lösungsmittel zu vermischen, d. h. zu lösen. Zumeist ist das Lösungsmittel eine Flüssigkeit. Es gibt aber auch feste Lösungen, wie etwa bei Legierungen, Gläsern, keramischen Werkstoffen und dotierten Halbleitern. Bei der Lösung von Gasen in Flüssigkeiten bezeichnet der Begriff Löslichkeit einen Koeffizienten, der die in der Flüssigkeit gelöste Gasmenge bei einem bestimmten Druck des Gases angibt, wenn sich das Gas zwischen Gasraum und Flüssigkeit im Diffusionsgleichgewicht befindet, d. h. genau so viel hinein wie heraus diffundiert. Die Löslichkeit ist außerdem von der Temperatur, vom Druck (in geringem Umfang auch bei nicht gasförmigen Verbindungen) und bei einigen Verbindungen vom pH-Wert abhängig.

Nach dem europäischen Arzneibuch versteht man unter Löslichkeit das bei Sättigung vorliegende Verhältnis von gelöster Substanzmasse zum Volumen des Lösungsmittels bei Raumtemperatur. Diese Definition unterscheidet sich von der Definition der Massenkonzentration, welche (trotz gleicher Einheit von g/l) das Verhältnis von Substanzmasse zu Volumen der Lösung angibt. Die Massenkonzentration wird zum Beispiel von der IUPAC als eine mögliche quantitative Angabe für die Löslichkeit definiert (analytische Zusammensetzung einer gesättigten Lösung, ausgedrückt in Form des Anteils eines gelösten Stoffes in einem bestimmten Lösungsmittel).

Das bekannte CRC Handbook of Chemistry and Physics gibt die Löslichkeit als Substanzmasse der Verbindung (mit Ausnahme des Kristallwassers von Hydraten), die sich in 100 g Wasser lösen lassen an.

Im Allgemeinen unterscheidet man:

  • qualitative Löslichkeit: Ist der Stoff in einem bestimmten Lösungsmittel überhaupt in erkennbarem Maße löslich?
  • quantitative Löslichkeit: Sie gibt die genaue Stoffmenge an, die sich maximal im Einheitsvolumen eines bestimmten Lösungsmittels löst.

Bei Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt gibt es aus thermodynamischen Gründen (Entropie) für jeden Stoff in jedem anderen Stoff eine gewisse Löslichkeit, wie es im Artikel Reinstoff beschrieben wird. Die zunehmende Genauigkeit der Analysemethoden bestätigt das. Eine Unterscheidung zwischen „löslich“ und „unlöslich“ ist von den gewählten Grenzbedingungen abhängig. Es handelt sich also um relative Feststellungen wie schwer löslich, begrenzt löslich oder unbegrenzt löslich ein Stoff in einem anderen ist.

Eine übliche Einteilung der Löslichkeiten ist über die Menge an maximal gelöstem Stoff gegeben. Unter 0,1 mol/l gelöstem Stoff bezeichnet man als schwerlöslich, zwischen 0,1 und 1 mol/l als mäßig löslich und Löslichkeiten größer als 1 mol/l gelten als leicht löslich.

In welchen Flüssigkeiten ein Feststoff gut löslich ist, hängt von den molekularen Eigenschaften des Stoffes und der Flüssigkeit ab. So sind salzartige Stoffe (Ionen-Verbindungen) fast nur in polaren Lösungsmitteln wie Wasser oder beispielsweise Fluorwasserstoff (HF) löslich. Viele lipophile („fettliebende“) Stoffe sind dagegen nur in organischen Lösungsmitteln wie Benzin [einem unpolaren („apolaren“) Lösungsmittel] nennenswert löslich. „Polar“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Moleküle des Lösungsmittels ein Dipolmoment aufweisen und deshalb mit geladenen (Ionen) oder ihrerseits polaren Molekülen der zu lösenden Substanz in Wechselwirkung treten, jedoch ohne dass es zu einer Reaktion kommt. Einige Substanzen, zum Beispiel Ethanol oder Aceton, sind sowohl mit Wasser als auch mit unpolaren Lösungsmitteln in jedem Mengenverhältnis mischbar.

Die Polarität von Lösungsmitteln ist skalierbar: die eluoptrope Reihe.

Unterschiedliche Polaritäten und damit unterschiedliche Löslichkeiten werden in den chromatografischen Verfahren zum Trennen von Substanzen genutzt.

Siehe auch: Eigenschaften des Wassers#Wasser als Lösungsmittel

Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt

Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel muss nicht begrenzt sein. So ist Schwefelsäure mit Wasser in beliebigen Verhältnissen mischbar.

Flüssig-Flüssig-Gleichgewicht im Phenol-Wasser-Gemisch

Bei der Mischung von Phenol mit Wasser gibt es bei Raumtemperatur zwei Bereiche, eine Lösung von bis zu 8 % Phenol in Wasser und eine Lösung von bis zu 25 % Wasser in Phenol. Dazwischen bleibt ein Bereich „verbotener“ Mischungsverhältnisse. Werden Phenol und Wasser in diesen Verhältnissen zusammengemischt, führt dies zur Ausbildung von zwei flüssigen Phasen. Der Bereich der nicht möglichen Mischungsverhältnisse wird als Mischungslücke bezeichnet. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, der oberen kritischen Temperatur der Lösung, im Fall von Phenol und Wasser bei ca. 340 K (67 °C), ist das Gemisch jedoch vollständig in jedem Verhältnis mischbar.

Die quantitative Löslichkeit oder Löslichkeitsgrenze gibt bei begrenzt löslichen Systemen die maximale Konzentration des einen Stoffes in dem anderen an, bei der das Gemisch unter Gleichgewichtsbedingungen noch einphasig ist. Die Löslichkeitsgrenze ist temperaturabhängig. Wird die Löslichkeitsgrenze überschritten, so scheidet sich eine zweite Phase aus. Fehlt die nötige Aktivierungsenergie oder Diffusion für das Ausscheiden der zweiten Phase, so bleibt das Gemisch auch oberhalb der Löslichkeitsgrenze einphasig in einem metastabilen, übersättigten Zustand.

Bei Salzen folgt die Löslichkeit L {\displaystyle L} aus dem Löslichkeitsprodukt K L {\displaystyle K_{L}} unter der Bedingung, dass sich das Salz A m B n {\displaystyle A_{m}B_{n}} in m A + {\displaystyle m{\text{ }}A^{+}} und n B {\displaystyle n{\text{ }}B^{-}} Ionen teilt.

K L = c e q m ( A + ) c e q n ( B ) {\displaystyle K_{L}=c_{eq}^{m}\mathrm {(A^{+})} \cdot c_{eq}^{n}\mathrm {(B^{-})} }

Liegt keines der beteiligten Ionen zusätzlich aus einer Mischung vor, kann die Löslichkeit des betreffenden Salzes berechnet werden. Die Löslichkeit des Salzes A m B n {\displaystyle A_{m}B_{n}} ist:

L = c e q ( A + ) m = c e q ( B ) n = K L n n m m n + m {\displaystyle L={\frac {c_{eq}\mathrm {(} A^{+})}{m}}={\frac {c_{eq}\mathrm {(} B^{-})}{n}}={\sqrt[{n+m}]{\frac {K_{L}}{n^{n}\cdot m^{m}}}}}

In gemischten Lösungen, wie im natürlichen Wasser mit einer Vielzahl von Ionen, stimmen die Konzentrationen von Anionen und Kationen nicht stöchiometrisch paarweise überein (wie es der Lösung einzelner Salze entspräche). Ein Beispiel hierfür ist der gelöste Kalk, der durch gelöstes Kohlenstoffdioxid als Calciumhydrogencarbonat in Lösung geht und den wesentlichen Beitrag zur Wasserhärte bildet. Über das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensäure verschiebt sich mit dem wechselnden Kohlenstoffdioxidgehalt des Wassers (durch Atmung und Photosynthese der Wasserorganismen) auch die Konzentrationen der Carbonat- und Hydrogencarbonat-Anionen, die Konzentration der Calcium-Kationen bleibt unberührt. In diesem Fall entscheidet das Produkt aus den nicht äquivalenten Konzentrationen an Calcium- und Carbonat-Ionen darüber, ob und in welchem Umfang es wegen einer Überschreitung des Löslichkeitsproduktes zu einer Ausfällung von Calciumcarbonat (als Kesselstein oder Seekreide) kommt.

Die quantitative Löslichkeit wird, wie allgemein die Konzentration von Lösungen, in verschiedenen Einheiten angegeben (auch ergänzt um die Temperatur):

Bestimmung durch Leitfähigkeitsmessungen

Für in Wasser sehr schwer lösliche Salze (z. B. BaSO4, PbS, HgS, AgCl) kann das Löslichkeitsprodukt aus Leitfähigkeitsmessungen mit empfindlichen Konduktometern ermittelt werden. Zur Berechnung wird ferner die Grenzleitfähigkeit des Salzes bei unendlicher Verdünnung benötigt.

Friedrich Kohlrausch und Arnold F. Holleman entwickelten diese Bestimmungsmethode.

Temperaturabhängigkeit

Löslichkeit einiger Salze in Wasser bei verschiedenen Temperaturen

Die Löslichkeit eines Stoffes in einem anderen hängt in erster Näherung von der Lösungsenthalpie ab: Ist die Lösungsreaktion endotherm (positive Lösungsenthalpie), so steigt die Löslichkeit beim Erhitzen. Bei einer exothermen Lösungsreaktion sinkt die Löslichkeit beim Erhitzen. Ist die Lösungsenthalpie annähernd null, wie etwa bei Kochsalz, so ändert sich die Löslichkeit beim Erhitzen kaum.

Wie hoch die Löslichkeit ist, hängt jedoch nicht nur von der Lösungsenthalpie, sondern auch von der Lösungsentropie ab. Eine negative Lösungsenthalpie trägt damit zwar zu einer guten Löslichkeit bei, dennoch kann ein Salz schwer löslich sein, falls die Lösungsentropie gleichfalls negativ ist.

Beispiel für die Berechnung der Konzentration der gesättigten Lösung eines Salzes

Berechnung der Konzentration c für eine gesättigte Lösung von Aluminiumsulfat in Wasser, bei bekanntem KL

A l 2 ( S O 4 ) 3 2 A l 3 + + 3 S O 4 2 {\displaystyle \mathrm {Al_{2}(SO_{4})_{3}\ \rightleftharpoons \ 2\ Al^{3+}+3\ SO_{4}^{2-}} }
K L = c e q 2 ( A l 3 + ) c e q 3 ( S O 4 2 ) {\displaystyle K_{L}=c_{eq}^{2}\mathrm {(Al^{3+})} \cdot c_{eq}^{3}\mathrm {(SO_{4}^{2-})} }

Das heißt: aus jedem Mol Aluminiumsulfat entstehen in der Lösung 2 Mol Aluminium- und 3 Mol Sulfationen. Weiterhin gelten folgende Zusammenhänge:

c e q ( A l 3 + ) = 2 c und c e q ( S O 4 2 ) = 3 c {\displaystyle c_{eq}\mathrm {(Al^{3+})=2} \;c\quad {\text{und}}\quad c_{eq}\mathrm {(SO_{4}^{2-})=3} \;c}

Die Faktoren vor c, wie die Exponenten in der vorhergehenden Gleichung, sind die stöchiometrischen Faktoren. In die Gleichung für KL eingesetzt, ergibt sich:

K L = ( 2 c ) 2 ( 3 c ) 3 {\displaystyle K_{L}=(2\;c)^{2}\cdot (3\;c)^{3}}

womit:

c = K L 2 2 3 3 5 {\displaystyle c={\sqrt[{5}]{\frac {K_{L}}{2^{2}\cdot 3^{3}}}}}

Die Zahlenwerte für die Löslichkeitsprodukte erhält man aus den freien Standard-Enthalpien.

Verbale Einstufung nach Europäischem Arzneibuch

Das Europäische Arzneibuch definiert die folgenden Begriffe, bei 15 °C bis 25 °C:

Bezeichnung V(Lösungsmittel) in ml je g Substanz g·l−1 Lösungsmittel
sehr leicht löslich < 1 >1000
leicht löslich 1 bis 10 100 bis 1000
löslich 10 bis 30 33 bis 100
wenig löslich 30 bis 100 10 bis 33
schwer löslich 100 bis 1000 1 bis 10
sehr schwer löslich 1000 bis 10000 0,1 bis 1
praktisch (nahezu) unlöslich > 10000 < 0,1

An der Grenzfläche zwischen Gasen und Flüssigkeiten kommt es durch Diffusion zum Austausch von Gasmolekülen zwischen der Lösung und dem Gasraum. Dabei ist der Eintritt von Molekülen in die Lösung proportional dem Partialdruck des Gases, und der Austritt ist proportional der Konzentration des Gases in der Lösung (siehe Henry-Gesetz). Bei der sogenannten Sättigungskonzentration herrscht ein dynamisches Gleichgewicht zwischen beiden Diffusionsrichtungen. Die Sättigungskonzentration ist proportional zum Partialdruck im Gasraum. Die verbindende Proportionalitätskonstante wird hier als Löslichkeit, präziser als Löslichkeitskoeffizient, bezeichnet:

GaslöslichkeitGas i = Sättigungskonzentrationi / Partialdrucki

Der Index i bezieht sich dabei auf das Gas in möglichen gemischten Lösungen, wie etwa bei der Lösung des Gasgemisches „Luft“ in Wasser.

In der Regel nimmt diese Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten mit steigender Temperatur ab. Ebenso wirken sich im Wasser gelöste Feststoffe mindernd auf die Gaslöslichkeit aus. Deshalb ist beispielsweise in Meerwasser weniger Sauerstoff löslich als in Süßwasser.

Eine Abweichung von der Proportionalität zwischen Gasdruck und Gleichgewichtskonzentration macht sich erst bei sehr hohen Drücken (im Vergleich zum Atmosphärendruck) bemerkbar.

Die Gesetzmäßigkeiten der Löslichkeit bleiben prinzipiell auch für Feststoffe erhalten. Auch hier können unterschiedliche Phasen beobachtet werden. Ist ein festes Gemisch einphasig, liegt eine Lösung vor. Kristalline Stoffe bilden dabei Mischkristalle oder intermetallische Verbindungen. Getrennte Phasen liegen oft sehr feinverteilt vor. Dies ist besonders der Fall bei gegenüber der Diffusionsgeschwindigkeit hoher Abkühlgeschwindigkeit bei der Entstehung oder bei eutektischer Zusammensetzung. Daher ist mit bloßem Auge eine Beurteilung der Löslichkeit meist nicht möglich, besonders da auch einphasige Systeme oft kristallin gekörnt sind und außerdem interkristalline Korngrenzenphasen entstehen können. Hilfsmittel sind Diagramme des Temperaturverlaufes der Abkühlung, wo Phasenumwandlungen als Haltepunkte oder Knicke erscheinen, und lichtmikroskopische sowie weitere kristallographische Untersuchungen mit noch höherem Aufwand.

Wesentlich häufiger als bei Flüssigkeiten liegen bei Feststoffen metastabile Lösungen vor. Diese entstehen besonders dann, wenn im bereits erstarrten Gemisch bei Temperaturabnahme die Löslichkeit abnimmt und keine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit mehr gegeben ist.

Die Löslichkeit von Feststoffen ineinander bzw. deren Mehrphasigkeit und die Veränderung dieser Eigenschaft mit der Temperatur ist von großer Bedeutung für die Bildung technischer Legierungen. Dabei ist auch oft eine Mehrphasigkeit erwünscht. Kupfer/Nickel und Silber/Gold sind Beispiele für Systeme mit vollständiger Löslichkeit bei jeder Zusammensetzung, das Letztere kommt als Elektron auch natürlich vor. Stähle sind dagegen weit überwiegend mehrphasig (Ferrit, Austenit, Martensit, Zementit), als einphasige Legierungen sind nur hochlegierte ferritische Chromstähle mit 15 % bis 30 % Chrom und weniger als 0,1 % Kohlenstoff von technischer Bedeutung. Das System Kupfer/Zink hat bei Raumtemperatur fünf verschiedene Phasen, die durch Mischungslücken getrennt sind. Je nach Zusammensetzung liegt nur eine davon oder in der Mischungslücke zwischen zwei Phasen ein Gemisch dieser beiden vor. Im technisch relevanten Bereich (Messing: Kupfergehalt min. 50 %) liegen zwei dieser Phasen.

Das System Kupfer/Zinn, zu dem die Zinnbronze als älteste technische Legierung gehört, ist ein Beispiel für metastabile Verhältnisse: Zwischen 520 °C und 586 °C ist Zinn in Kupfer mit einem Anteil bis zu 15,8 % der bei dieser Temperatur bereits festen Legierung löslich. Obwohl bei Raumtemperatur im Gleichgewicht die Löslichkeit von Zinn nahe null liegt, bleibt Material, das bei der erhöhten Temperatur eine solche Zinnkonzentration nicht überschritten hat, bei weiterer Abkühlung einphasig, da nun kaum noch Diffusion stattfindet. Andererseits entmischt sich bereits bei der vorangehenden Erstarrung die Schmelze und das zuletzt erstarrte Material kann die Grenze von 15,8 % Zinn schon bei deutlich niedrigeren Zinngehalten der Legierung überschreiten. Wegen der großen Diffusionsträgheit des Zinns können diese Konzentrationsunterschiede nur durch längeres Glühen bei ca. 750 °C ausgeglichen werden. Beide Effekte zusammen führen dazu, dass gegossene Zinnbronze je nach Abkühlgeschwindigkeit bei Zinngehalten von maximal 4 % bis 6 % einphasig ist und durch Glühen sogar Einphasigkeit bis 15 % erreicht werden kann, obwohl bei Raumtemperatur keine nennenswerte Löslichkeit gegeben ist.

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  10. Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch, Friedrich Rose: Die Löslichkeit einiger schwer löslicher Körper im Wasser, beurtheilt aus der electrischen Leitungsfähigkeit der Lösungen. In: Annalen der Physik.Band286,Nr.9, 1893,S.127–137, doi:10.1002/andp.18932860907.
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  13. Rudi Hutterer: Fit in Anorganik Das Prüfungstraining für Mediziner, Chemiker und Biologen. Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8348-2304-5,S.284 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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Normdaten (Sachbegriff): GND:4114435-1(OGND, AKS)

Löslichkeit
löslichkeit, bereitschaft, eines, stoffes, sich, einem, lösungsmittel, vermischen, sprache, beobachten, bearbeiten, eines, stoffes, gibt, welchem, umfang, reinstoff, einem, lösungsmittel, gelöst, werden, kann, bezeichnet, eigenschaft, stoffes, sich, unter, hom. Loslichkeit Bereitschaft eines Stoffes sich mit einem Losungsmittel zu vermischen Sprache Beobachten Bearbeiten Die Loslichkeit eines Stoffes gibt an in welchem Umfang ein Reinstoff in einem Losungsmittel gelost werden kann Sie bezeichnet die Eigenschaft des Stoffes sich unter homogener Verteilung als Atome Molekule oder Ionen im Losungsmittel zu vermischen d h zu losen Zumeist ist das Losungsmittel eine Flussigkeit Es gibt aber auch feste Losungen wie etwa bei Legierungen Glasern keramischen Werkstoffen und dotierten Halbleitern Bei der Losung von Gasen in Flussigkeiten bezeichnet der Begriff Loslichkeit einen Koeffizienten der die in der Flussigkeit geloste Gasmenge bei einem bestimmten Druck des Gases angibt wenn sich das Gas zwischen Gasraum und Flussigkeit im Diffusionsgleichgewicht befindet d h genau so viel hinein wie heraus diffundiert Die Loslichkeit ist ausserdem von der Temperatur vom Druck in geringem Umfang auch bei nicht gasformigen Verbindungen und bei einigen Verbindungen vom pH Wert 1 abhangig 2 3 4 Auflosen von Salz als Beispiel fur eine losliche Verbindung Inhaltsverzeichnis 1 Unterschiedliche Definitionen 2 Qualitative Loslichkeit 3 Quantitative Loslichkeit 3 1 Loslichkeit und Loslichkeitsprodukt 3 2 Bestimmung durch Leitfahigkeitsmessungen 3 3 Temperaturabhangigkeit 3 4 Beispiel fur die Berechnung der Konzentration der gesattigten Losung eines Salzes 3 5 Verbale Einstufung nach Europaischem Arzneibuch 4 Losung von Gasen in Flussigkeiten 5 Losung in Feststoffen 6 Siehe auch 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseUnterschiedliche Definitionen BearbeitenNach dem europaischen Arzneibuch versteht man unter Loslichkeit das bei Sattigung vorliegende Verhaltnis von geloster Substanzmasse zum Volumen des Losungsmittels bei Raumtemperatur 5 Diese Definition unterscheidet sich von der Definition der Massenkonzentration welche trotz gleicher Einheit von g l das Verhaltnis von Substanzmasse zu Volumen der Losung angibt Die Massenkonzentration wird zum Beispiel von der IUPAC als eine mogliche quantitative Angabe fur die Loslichkeit definiert analytische Zusammensetzung einer gesattigten Losung ausgedruckt in Form des Anteils eines gelosten Stoffes in einem bestimmten Losungsmittel 6 Das bekannte CRC Handbook of Chemistry and Physics gibt die Loslichkeit als Substanzmasse der Verbindung mit Ausnahme des Kristallwassers von Hydraten die sich in 100 g Wasser losen lassen an 7 Im Allgemeinen unterscheidet man qualitative Loslichkeit Ist der Stoff in einem bestimmten Losungsmittel uberhaupt in erkennbarem Masse loslich quantitative Loslichkeit Sie gibt die genaue Stoffmenge an die sich maximal im Einheitsvolumen eines bestimmten Losungsmittels lost Qualitative Loslichkeit BearbeitenBei Temperaturen uber dem absoluten Nullpunkt gibt es aus thermodynamischen Grunden Entropie fur jeden Stoff in jedem anderen Stoff eine gewisse Loslichkeit wie es im Artikel Reinstoff beschrieben wird Die zunehmende Genauigkeit der Analysemethoden bestatigt das Eine Unterscheidung zwischen loslich und unloslich ist von den gewahlten Grenzbedingungen abhangig Es handelt sich also um relative Feststellungen wie schwer loslich begrenzt loslich oder unbegrenzt loslich ein Stoff in einem anderen ist Eine ubliche Einteilung der Loslichkeiten ist uber die Menge an maximal gelostem Stoff gegeben Unter 0 1 mol l gelostem Stoff bezeichnet man als schwerloslich zwischen 0 1 und 1 mol l als massig loslich und Loslichkeiten grosser als 1 mol l gelten als leicht loslich 8 In welchen Flussigkeiten ein Feststoff gut loslich ist hangt von den molekularen Eigenschaften des Stoffes und der Flussigkeit ab So sind salzartige Stoffe Ionen Verbindungen fast nur in polaren Losungsmitteln wie Wasser oder beispielsweise Fluorwasserstoff HF loslich Viele lipophile fettliebende Stoffe sind dagegen nur in organischen Losungsmitteln wie Benzin einem unpolaren apolaren Losungsmittel nennenswert loslich Polar bedeutet in diesem Zusammenhang dass die Molekule des Losungsmittels ein Dipolmoment aufweisen und deshalb mit geladenen Ionen oder ihrerseits polaren Molekulen der zu losenden Substanz in Wechselwirkung treten jedoch ohne dass es zu einer Reaktion kommt Einige Substanzen zum Beispiel Ethanol oder Aceton sind sowohl mit Wasser als auch mit unpolaren Losungsmitteln in jedem Mengenverhaltnis mischbar Die Polaritat von Losungsmitteln ist skalierbar die eluoptrope Reihe Unterschiedliche Polaritaten und damit unterschiedliche Loslichkeiten werden in den chromatografischen Verfahren zum Trennen von Substanzen genutzt Siehe auch Eigenschaften des Wassers Wasser als LosungsmittelQuantitative Loslichkeit BearbeitenLoslichkeit und Loslichkeitsprodukt Bearbeiten Die Loslichkeit eines Stoffes in einem Losungsmittel muss nicht begrenzt sein So ist Schwefelsaure mit Wasser in beliebigen Verhaltnissen mischbar Flussig Flussig Gleichgewicht im Phenol Wasser Gemisch Bei der Mischung von Phenol mit Wasser gibt es bei Raumtemperatur zwei Bereiche eine Losung von bis zu 8 Phenol in Wasser und eine Losung von bis zu 25 Wasser in Phenol Dazwischen bleibt ein Bereich verbotener Mischungsverhaltnisse Werden Phenol und Wasser in diesen Verhaltnissen zusammengemischt fuhrt dies zur Ausbildung von zwei flussigen Phasen Der Bereich der nicht moglichen Mischungsverhaltnisse wird als Mischungslucke bezeichnet Oberhalb einer bestimmten Temperatur der oberen kritischen Temperatur der Losung im Fall von Phenol und Wasser bei ca 340 K 67 C ist das Gemisch jedoch vollstandig in jedem Verhaltnis mischbar Die quantitative Loslichkeit oder Loslichkeitsgrenze gibt bei begrenzt loslichen Systemen die maximale Konzentration des einen Stoffes in dem anderen an bei der das Gemisch unter Gleichgewichtsbedingungen noch einphasig ist Die Loslichkeitsgrenze ist temperaturabhangig Wird die Loslichkeitsgrenze uberschritten so scheidet sich eine zweite Phase aus Fehlt die notige Aktivierungsenergie oder Diffusion fur das Ausscheiden der zweiten Phase so bleibt das Gemisch auch oberhalb der Loslichkeitsgrenze einphasig in einem metastabilen ubersattigten Zustand Bei Salzen folgt die Loslichkeit L displaystyle L aus dem Loslichkeitsprodukt K L displaystyle K L unter der Bedingung dass sich das Salz A m B n displaystyle A m B n in m A displaystyle m text A und n B displaystyle n text B Ionen teilt K L c e q m A c e q n B displaystyle K L c eq m mathrm A cdot c eq n mathrm B Liegt keines der beteiligten Ionen zusatzlich aus einer Mischung vor kann die Loslichkeit des betreffenden Salzes berechnet werden Die Loslichkeit des Salzes A m B n displaystyle A m B n ist L c e q A m c e q B n K L n n m m n m displaystyle L frac c eq mathrm A m frac c eq mathrm B n sqrt n m frac K L n n cdot m m In gemischten Losungen wie im naturlichen Wasser mit einer Vielzahl von Ionen stimmen die Konzentrationen von Anionen und Kationen nicht stochiometrisch paarweise uberein wie es der Losung einzelner Salze entsprache Ein Beispiel hierfur ist der geloste Kalk der durch gelostes Kohlenstoffdioxid als Calciumhydrogencarbonat in Losung geht und den wesentlichen Beitrag zur Wasserharte bildet Uber das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensaure verschiebt sich mit dem wechselnden Kohlenstoffdioxidgehalt des Wassers durch Atmung und Photosynthese der Wasserorganismen auch die Konzentrationen der Carbonat und Hydrogencarbonat Anionen die Konzentration der Calcium Kationen bleibt unberuhrt In diesem Fall entscheidet das Produkt aus den nicht aquivalenten Konzentrationen an Calcium und Carbonat Ionen daruber ob und in welchem Umfang es wegen einer Uberschreitung des Loslichkeitsproduktes zu einer Ausfallung von Calciumcarbonat als Kesselstein oder Seekreide kommt Die quantitative Loslichkeit wird wie allgemein die Konzentration von Losungen in verschiedenen Einheiten angegeben auch erganzt um die Temperatur g l Losung Massenkonzentration ggf auch mg l g g Losung Massenanteil Massenprozent bei Bezug auf 100 g l l Losung Volumenkonzentration Vol bei Bezug auf 100 l ggf auch ml l mol l Losung Stoffmengenkonzentration val l Losung Normalitat veraltet mol kg Losemittel Molalitat Bestimmung durch Leitfahigkeitsmessungen Bearbeiten Fur in Wasser sehr schwer losliche Salze z B BaSO4 PbS HgS AgCl kann das Loslichkeitsprodukt aus Leitfahigkeitsmessungen mit empfindlichen Konduktometern ermittelt werden Zur Berechnung wird ferner die Grenzleitfahigkeit des Salzes bei unendlicher Verdunnung benotigt Friedrich Kohlrausch und Arnold F Holleman entwickelten diese Bestimmungsmethode 9 10 11 Temperaturabhangigkeit Bearbeiten Loslichkeit einiger Salze in Wasser bei verschiedenen Temperaturen Die Loslichkeit eines Stoffes in einem anderen hangt in erster Naherung von der Losungsenthalpie ab Ist die Losungsreaktion endotherm positive Losungsenthalpie so steigt die Loslichkeit beim Erhitzen Bei einer exothermen Losungsreaktion sinkt die Loslichkeit beim Erhitzen Ist die Losungsenthalpie annahernd null wie etwa bei Kochsalz so andert sich die Loslichkeit beim Erhitzen kaum 12 Wie hoch die Loslichkeit ist hangt jedoch nicht nur von der Losungsenthalpie sondern auch von der Losungsentropie ab Eine negative Losungsenthalpie tragt damit zwar zu einer guten Loslichkeit bei dennoch kann ein Salz schwer loslich sein falls die Losungsentropie gleichfalls negativ ist 13 Beispiel fur die Berechnung der Konzentration der gesattigten Losung eines Salzes Bearbeiten Berechnung der Konzentration c fur eine gesattigte Losung von Aluminiumsulfat in Wasser bei bekanntem KL A l 2 S O 4 3 2 A l 3 3 S O 4 2 displaystyle mathrm Al 2 SO 4 3 rightleftharpoons 2 Al 3 3 SO 4 2 K L c e q 2 A l 3 c e q 3 S O 4 2 displaystyle K L c eq 2 mathrm Al 3 cdot c eq 3 mathrm SO 4 2 Das heisst aus jedem Mol Aluminiumsulfat entstehen in der Losung 2 Mol Aluminium und 3 Mol Sulfationen Weiterhin gelten folgende Zusammenhange c e q A l 3 2 c und c e q S O 4 2 3 c displaystyle c eq mathrm Al 3 2 c quad text und quad c eq mathrm SO 4 2 3 c Die Faktoren vor c wie die Exponenten in der vorhergehenden Gleichung sind die stochiometrischen Faktoren In die Gleichung fur KL eingesetzt ergibt sich K L 2 c 2 3 c 3 displaystyle K L 2 c 2 cdot 3 c 3 womit c K L 2 2 3 3 5 displaystyle c sqrt 5 frac K L 2 2 cdot 3 3 Die Zahlenwerte fur die Loslichkeitsprodukte erhalt man aus den freien Standard Enthalpien Verbale Einstufung nach Europaischem Arzneibuch Bearbeiten Das Europaische Arzneibuch definiert die folgenden Begriffe bei 15 C bis 25 C 14 Bezeichnung V Losungsmittel in ml je g Substanz g l 1 Losungsmittelsehr leicht loslich lt 1 gt 1000leicht loslich 1 bis 10 100 bis 1000loslich 10 bis 30 33 bis 100wenig loslich 30 bis 100 10 bis 33schwer loslich 100 bis 1000 1 bis 10sehr schwer loslich 1000 bis 10000 0 1 bis 1praktisch nahezu unloslich gt 10000 lt 0 1Losung von Gasen in Flussigkeiten BearbeitenAn der Grenzflache zwischen Gasen und Flussigkeiten kommt es durch Diffusion zum Austausch von Gasmolekulen zwischen der Losung und dem Gasraum Dabei ist der Eintritt von Molekulen in die Losung proportional dem Partialdruck des Gases und der Austritt ist proportional der Konzentration des Gases in der Losung siehe Henry Gesetz Bei der sogenannten Sattigungskonzentration herrscht ein dynamisches Gleichgewicht zwischen beiden Diffusionsrichtungen Die Sattigungskonzentration ist proportional zum Partialdruck im Gasraum Die verbindende Proportionalitatskonstante wird hier als Loslichkeit praziser als Loslichkeitskoeffizient bezeichnet GasloslichkeitGas i Sattigungskonzentrationi Partialdrucki Der Index i bezieht sich dabei auf das Gas in moglichen gemischten Losungen wie etwa bei der Losung des Gasgemisches Luft in Wasser In der Regel nimmt diese Loslichkeit von Gasen in Flussigkeiten mit steigender Temperatur ab Ebenso wirken sich im Wasser geloste Feststoffe mindernd auf die Gasloslichkeit aus Deshalb ist beispielsweise in Meerwasser weniger Sauerstoff loslich als in Susswasser Eine Abweichung von der Proportionalitat zwischen Gasdruck und Gleichgewichtskonzentration macht sich erst bei sehr hohen Drucken im Vergleich zum Atmospharendruck bemerkbar Losung in Feststoffen BearbeitenDie Gesetzmassigkeiten der Loslichkeit bleiben prinzipiell auch fur Feststoffe erhalten Auch hier konnen unterschiedliche Phasen beobachtet werden Ist ein festes Gemisch einphasig liegt eine Losung vor Kristalline Stoffe bilden dabei Mischkristalle oder intermetallische Verbindungen Getrennte Phasen liegen oft sehr feinverteilt vor Dies ist besonders der Fall bei gegenuber der Diffusionsgeschwindigkeit hoher Abkuhlgeschwindigkeit bei der Entstehung oder bei eutektischer Zusammensetzung Daher ist mit blossem Auge eine Beurteilung der Loslichkeit meist nicht moglich besonders da auch einphasige Systeme oft kristallin gekornt sind und ausserdem interkristalline Korngrenzenphasen entstehen konnen Hilfsmittel sind Diagramme des Temperaturverlaufes der Abkuhlung wo Phasenumwandlungen als Haltepunkte oder Knicke erscheinen und lichtmikroskopische sowie weitere kristallographische Untersuchungen mit noch hoherem Aufwand Wesentlich haufiger als bei Flussigkeiten liegen bei Feststoffen metastabile Losungen vor Diese entstehen besonders dann wenn im bereits erstarrten Gemisch bei Temperaturabnahme die Loslichkeit abnimmt und keine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit mehr gegeben ist Die Loslichkeit von Feststoffen ineinander bzw deren Mehrphasigkeit und die Veranderung dieser Eigenschaft mit der Temperatur ist von grosser Bedeutung fur die Bildung technischer Legierungen Dabei ist auch oft eine Mehrphasigkeit erwunscht Kupfer Nickel und Silber Gold sind Beispiele fur Systeme mit vollstandiger Loslichkeit bei jeder Zusammensetzung das Letztere kommt als Elektron auch naturlich vor Stahle sind dagegen weit uberwiegend mehrphasig Ferrit Austenit Martensit Zementit als einphasige Legierungen sind nur hochlegierte ferritische Chromstahle mit 15 bis 30 Chrom und weniger als 0 1 Kohlenstoff von technischer Bedeutung Das System Kupfer Zink hat bei Raumtemperatur funf verschiedene Phasen die durch Mischungslucken getrennt sind Je nach Zusammensetzung liegt nur eine davon oder in der Mischungslucke zwischen zwei Phasen ein Gemisch dieser beiden vor Im technisch relevanten Bereich Messing Kupfergehalt min 50 liegen zwei dieser Phasen Das System Kupfer Zinn zu dem die Zinnbronze als alteste technische Legierung gehort ist ein Beispiel fur metastabile Verhaltnisse Zwischen 520 C und 586 C ist Zinn in Kupfer mit einem Anteil bis zu 15 8 der bei dieser Temperatur bereits festen Legierung loslich Obwohl bei Raumtemperatur im Gleichgewicht die Loslichkeit von Zinn nahe null liegt bleibt Material das bei der erhohten Temperatur eine solche Zinnkonzentration nicht uberschritten hat bei weiterer Abkuhlung einphasig da nun kaum noch Diffusion stattfindet Andererseits entmischt sich bereits bei der vorangehenden Erstarrung die Schmelze und das zuletzt erstarrte Material kann die Grenze von 15 8 Zinn schon bei deutlich niedrigeren Zinngehalten der Legierung uberschreiten Wegen der grossen Diffusionstragheit des Zinns konnen diese Konzentrationsunterschiede nur durch langeres Gluhen bei ca 750 C ausgeglichen werden Beide Effekte zusammen fuhren dazu dass gegossene Zinnbronze je nach Abkuhlgeschwindigkeit bei Zinngehalten von maximal 4 bis 6 einphasig ist und durch Gluhen sogar Einphasigkeit bis 15 erreicht werden kann obwohl bei Raumtemperatur keine nennenswerte Loslichkeit gegeben ist Siehe auch BearbeitenVan t Hoff Faktor Aussalzen Eigenioneneffekt Einsalzeffekt Henry GesetzWeblinks Bearbeiten Wikibooks Anorganische Chemie fur Schuler Loslichkeit von Salzen und das Loslichkeitsprodukt Lern und Lehrmaterialien Wikibooks Tabellensammlung Chemie Loslichkeit einiger Gase und Ionensubstanzen Lern und LehrmaterialienEinzelnachweise Bearbeiten Jurgen Fessmann Helmut Orth Angewandte Chemie und Umwelttechnik fur Ingenieure Handbuch fur Studium und betriebliche Praxis ecomed Storck GmbH 2002 ISBN 978 3 609 68352 2 S 299 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Solubility and pH Solubility and pH abgerufen am 18 August 2018 Peter Rudolph Handbook of Crystal Growth Bulk Crystal Growth Elsevier 2014 ISBN 978 0 444 63306 4 S 1192 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Y Taniguchi K Hara M Senoo High Pressure Liquids and Solutions Elsevier 2013 ISBN 978 1 4832 9051 5 S 1 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Martin Bultmann Grundlagen der Arzneiformenlehre ein Leitfaden zu Vorlesung und Praktikum BoD Books on Demand 2003 ISBN 978 3 8330 0794 1 S 5 books google de iupac org IUPAC Gold Book solubility abgerufen am 8 Februar 2017 William M Haynes CRC Handbook of Chemistry and Physics 94th Edition CRC Press 2016 ISBN 978 1 4665 7115 0 S 19 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Jander Blasius Einfuhrung in das anorganisch Chemische Praktikum 14 Aufl S Hirzel Leipzig 1995 ISBN 3 7776 0672 3 Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch Friedrich Rose Die Loslichkeit einiger schwer loslicher Korper im Wasser beurtheilt aus der elektrischen Leitungsfahigkeit der Losungen In Zeitschrift f physik Chemie Nr 12 1893 S 234 243 Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch Friedrich Rose Die Loslichkeit einiger schwer loslicher Korper im Wasser beurtheilt aus der electrischen Leitungsfahigkeit der Losungen In Annalen der Physik Band 286 Nr 9 1893 S 127 137 doi 10 1002 andp 18932860907 Arnold F Holleman Bestimmung der Loslichkeit sogenannter unloslicher Salze In Zeitschrift f physik Chemie Nr 12 1893 S 125 139 Charles E Mortimer Ulrich Muller Chemie das Basiswissen der Chemie 126 Tabellen Georg Thieme Verlag 2007 ISBN 978 3 13 484309 5 S 207 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Rudi Hutterer Fit in Anorganik Das Prufungstraining fur Mediziner Chemiker und Biologen Springer Verlag 2012 ISBN 978 3 8348 2304 5 S 284 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Europaisches Arzneibuch 8 Ausgabe 2 Nachtrag S 5614 f 1 4 Monographien Normdaten Sachbegriff GND 4114435 1 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Loslichkeit amp oldid 211889017, wikipedia, wiki, deutsches

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