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Lösen auf Teilchenebene – Hydratation, „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ und Lösungsenthalpie

ChemieEnergetik und ThermodynamikAlter 15–16

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Bildschirm Teilchen: Wassermoleküle lösen Ionen aus einem Natriumchlorid- oder Kaliumnitratgitter und umgeben sie mit Hydrathüllen, Saccharose löst sich über Wasserstoffbrücken, Iod löst sich in Hexan, in Wasser aber kaum; geben Sie Stoff zu, bis die Lösung gesättigt ist, und ändern Sie die Temperatur, um die Löslichkeitskurve abzulesen. Bildschirm Energie: Ein Kreisprozess aus Gitterdissoziations- und Hydratationsenthalpien liefert die Lösungsenthalpie von sechs Salzen, ΔsolG = ΔsolH − TΔsolS zeigt die Rolle der Entropie, und ein virtuelles Kalorimeter misst die Temperaturänderung.

Lektion: Lösungen und Löslichkeit: zwischenmolekulare Kräfte, Hydratation, Lösungsenthalpie und -entropie

Was sie zeigt

Lösen ist ein Wettstreit zwischen Anziehungskräften. Ein Feststoff löst sich, wenn die Anziehung zwischen Teilchen des gelösten Stoffs und des Lösungsmittels das Aufbrechen der Anziehung im Stoff selbst und eines Teils der Anziehung im Lösungsmittel ausgleicht. Wasserdipole umgeben Ionen (Ion-Dipol-Kräfte) und polare Moleküle (Wasserstoffbrücken), während sich unpolares Iod mit unpolarem Hexan mischt: Ähnliches löst sich in Ähnlichem. Die Lösungsenthalpie ist die kleine Differenz zwischen Gitterdissoziations- und Hydratationsenthalpien; über ΔG = ΔH − TΔS entscheidet dann die Entropie, ob das Lösen freiwillig abläuft.

So funktioniert es

Wählen Sie unter Teilchen einen gelösten Stoff und ein Lösungsmittel, klicken Sie auf +10 g, bis ungelöster Feststoff bleibt, und verschieben Sie den Regler Temperatur, um die Löslichkeit an der Kurve abzulesen. Vergleichen Sie NaCl in Wasser und Hexan sowie Iod in beiden. Wählen Sie unter Lösungsenergie jedes Salz, vergleichen Sie den Kreisprozess mit dem gemessenen ΔsolH, ändern Sie die Temperatur und klicken Sie auf Salz zugeben und rühren sowie Notieren, um ΔsolH aus ΔT zu berechnen.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Teilchen, Lösungsenergie
  • Gelöster Stoff (Teilchen) NaCl (Natriumchlorid), KNO₃ (Kaliumnitrat), C₁₂H₂₂O₁₁ (Saccharose), I₂ (Iod)
  • Lösungsmittel (Teilchen) Wasser (H₂O), Hexan (C₆H₁₄)
  • Temperatur 0–100 °C
  • Zugegebener Stoff pro 100 g Lösungsmittel 0–600 g
  • Salz (Energie) NaCl (Natriumchlorid), KCl (Kaliumchlorid), LiCl (Lithiumchlorid), CaCl₂ (Calciumchlorid), KNO₃ (Kaliumnitrat), NH₄NO₃ (Ammoniumnitrat)
  • Salzmasse im Kalorimeter 1–20 g

Fragen zum Erkunden

  1. Warum löst sich Natriumchlorid in Wasser, aber nicht in Hexan?
  2. Warum kann sich ein Salz wie Ammoniumnitrat freiwillig lösen, obwohl das Lösen endotherm ist?
  3. Warum ist die Lösungsenthalpie aus dem Kreisprozess weniger zuverlässig als der gemessene Wert?

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