Das Wasser als Lösungsmittel

Wasser - Wasserstoff - Redoxvorgang. Der Lösungsvorgang. Abhängigkeit der Löslichkeit von Temperatur und Druck. Die Bedeutung des Lösungsvorgangs für Lebewesen.

OK, dann spendir mir wenigstens ein Bier




18. Das Wasser als Lösungsmittel

Der Lösungsvorgang

 
Löse Kochsalz, Kalisalpeter, Ammoniumnitrat und Soda (wasserfrei) in Wasser auf und kontrolliere dabei die Temperatur.

In der Technik, im Haushalt und in der Natur ist Wasser mit Abstand das wichtigste Lösungsmittel. Wirft man ein Stück Zucker (ein Feststoff) in ein Glas Wasser, dann verteilen sich die Zuckermoleküle im Lösungsmittel Wasser. Nach Dalton (Dalton-Modell) vermischen sich also die Zuckermoleküle mit den Wassermolekülen.

Lösung von Zucker in Wasser
Bild 1. Bei der Lösung von Zucker fällt nach einiger Zeit ein Bodenkörper aus, und zwar wenn die Löslichkeit überschritten ist. Ab diesem Punkt diffundieren Moleküle in das Lösungsmittel, gleichzeitig gehen Zuckermoleküle aus der Lösung in den Bodenkörper über. Es herrscht Gleichgewichtszustand.

Dabei entsteht ein einheitliches Gemisch, die Lösung. Wenn man fortwährend Zucker ins Wasser gibt, kommt schnell der Punkt, wo sich der Zucker nicht mehr auflöst und wir eine gesättigte Lösung erhalten haben. Der ungelöste Feststoff Zucker, der sich nun am Boden des Gefäßes befindet, bezeichnet man als Bodenkörper.

 
Lösen ist ein Zerteilungsvorgang (Teilchenmodell!)
 
Lösung: einheitliches Gemenge von Lösungsmittel und gelöstem Stoff
 
Gesättigte Lösung: in der Lösung hat der gelöste Stoff die Grenze der Löslichkeit erreicht

Die Masse eines Stoffes, die sich in einem bestimmten Volumen eines Lösungsmittels gerade noch löst, wird Löslichkeit genannt. Sie ist von der Temperatur des Lösungsmittels abhängig (Abb. 18.3). Bei der Lösung spielt die Wärmebewegung der Lösungsmittelteilchen und der Feststoffteilchen eine Rolle. Sie führt zur langsamen Durchmischung beider Stoffe (Diffusion).

Eine Beschleunigung des Lösungsvorgangs kann man durch Umrühren erreichen. Beim Auflösen eines Stoffes kann Erwärmung (Lösungswärme positiv) oder Abkühlung (Lösungswärme negativ) eintreten. Die Lösungswärme einiger Stoffe zeigt die Tabelle unten.

Lösungswärme wichtiger Stoffe (kJ / mol)
Ätznatron + 42,32 kJ
Schwefelsäure + 74,58 kJ
Soda, wasserfrei + 23,56 kJ
Calciumchlorid,
wasserfrei
+ 75,42 kJ
Ammoniumchlorid - 15,92 kJ
Kochsalz - 4,020 kJ
Kristallsoda - 67,88 kJ
Glaubersalz

- 77,25 kJ

 
Bodenkörper: Abscheiden eines Feststoffes (=Niederschlag, Fällung) aus einer gesättigten Lösung
 
Löslichkeit ist abhängig von Temperatur und Druck
 
Lösungswärme: Temperaturänderung des Lösungsmittels durch Energieumsatz beim Lösen

Eine Trennung von Lösungsmittel und gelöstem Stoff kann durch Verdampfen des Lösungsmittels erreicht werden (2). Der flüchtige Stoff kann vom weniger flüchtigen Stoff durch Destillieren getrennt werden (Bild 1).

 
Destillation: Trennung der Lösungsbestandteile durch Verdampfen und Wiederkondensation
Destillationsanlage im Labor eines Alchemisten
Bild 2. Eine Destillationsanlage um 1906

Abhängigkeit der Löslichkeit von Temperatur und Druck

Die Löslichkeit der meisten Feststoffe nimmt mit steigender Temperatur des Lösungsmittels zu (Bild 3). Die Temperaturabhängigkeit des Lösungsvorgangs ist für einen Stoff typisch. Während sich die Löslichkeit von Kochsalz mit steigender Temperatur kaum ändert, nimmt die des Salpeters sehr stark zu.

 
Es werden einige Tropfen einer Salzlösung auf einen Objektträger gebracht und eingedampft.
 
Eine Kalisalpeterlösung und eine Kochsalzlösung werden erwärmt und Salz dazugegeben, bis sich ein Bodenkörper bildet. Nun kühlt man einen Teil der Lösung schnell ab.
 
Verdünnte Lösung = wenig gelöster Stoff im Lösungsmittel. Konzentrierte Lösung = viel gelöster Stoff im Lösungsmittel

Die Lösung von Gasen in einer Flüssigkeit nennt man Absorption, die mit steigendem Druck zunimmt und mit ansteigender Temperatur abfällt. Dies ist ein allgemeingültiges Gesetz.

Die Bedeutung des Lösungsvorgangs für Lebewesen

Wasser dient in Lebewesen als Lösungsmittel für Nährstoffe und andere lebenswichtige Stoffe als Transportmittel und Wassertiere atmen den im Wasser gelösten Sauerstoff. Sie nehmen ihn mit den Kiemen oder direkt über die Haut auf.

Flüsse können sich durch das Kühlwasser von Kraftwerken oder Fabriken erwärmen, was bedeutet, dass der Sauerstoffgehalt der Flüsse sinkt (Bild 4). Um das Überleben von Wassertieren nicht zu gefährden, insbesondere das Überleben von Fischen, darf das Einleiten von Kühl- oder Abwasser die Flüsse nicht über 28°C aufwärmen. Wenn sich im Wasser Giftstoffe aus Abwässern oder als Folge von Fäulnisprozessen auflösen, kann es zu Massensterben von Fischen mit schlimmen Folgen für die Umwelt kommen.

 
Trenne eine Zuckerlösung durch Destillation und führe vor und nach dem Vorgang eine Geschmacksprobe durch.
 
Mineralwasser, Bier oder Sekt schäumen auf, wenn man die Flasche öffnet. Warum ist das so? Vergleiche das Diagramm (Bild 4)
 
Fülle Mineralwasser in ein Reagenzglas und gib einen angewärmten Nagel dazu. Erkläre, was du beobachtest. Vergleiche das Diagramm (Bild 4).
Einfluß der Temperatur auf die Löslichkeit
Bild 3. Einfluss der Temperatur auf die Löslichkeit
Löslichkeit von Gasen in Wasser
Bild 4. Löslichkeit von Gasen in Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur bei konstantem Druck.