Grundlagen der Bindungslehre

33. Das Lösen von Salzen

Die Wechselwirkung zwischen Ionen und Wassermolekülen.

In kleinen Bechergläsern werden wässrige Lösungen von Salpeter (KNO₃), Ammoniumnitrat (NH₄NO₃), wasserfreiem Calciumchlorid (CaCl₂) und Ätznatron (NaOH) hergestellt und dabei die Temperatur während des Lösungsvorganges gemessen.

33.1 Im Wasser wird die gegenseitige Anziehung der Ionen verringert.

Lösen eines Salzes: die im Gitter an die Gitterplätze gebundenen Ionen werden im Wasser frei beweglich.

Beim Lösen von Salzen umhüllen Wassermoleküle (Dipole!) die Ionen.

Hydratisierung: Umhüllung eines Ions durch Wassermoleküle.

Die Gitterenergie von NaCl ist 754,20 kJ/mol, die von AgCl 900,85 kJ/mol. Versuche mit Hilfe der Tabelle 22 eine Erklärung zu geben, warum NaCl gut löslich, AgCl aber praktisch unlöslich in Wasser ist

Hydratisierungsenergie: die bei der Hydratisierung eines Ions freiwerdende Energie.

aq bedeutet eine unbestimmte Zahl von Wassermolekülen

Welche zwei verschiedenen Vorgänge werden das Auflösen eines Ionenkristalls in Wasser beschleunigen, wenn erwärmt wird?

Formuliere den Lösungsvorgang in Wasser für die folgenden Salze:
CuCl₂  FeBr₃  ZnI₂
Na₂S  KF  LiCl  NiCl₂

Wenn ein Salzkristall in Wasser gebracht wird, lagern sich die Wassermoleküle als Dipole an die Oberfläche und Kanten des Kristalls. An die negativ geladenen Ionen des Salzes ist der positive Pol und an die positiv geladenen Ionen des Salzes der negative Pol des Wassermoleküls gerichtet (Abb. 33.1). Diese Wechselwirkung zwischen den Salzionen und den Wassermolekülen verringert die Anziehung der an der Oberfläche des Kristalls liegenden Ionen durch benachbarte Ionen des Gitters, so dass die Ionen den Gitterverband verlassen und in das Wasser diffundieren können.

Im Wasser werden die Ionen von weiteren Wassermolekülen umhüllt. Dieser Vorgang wird Hydratisierung genannt. Dabei wird Energie frei, die Hydrationsenergie. Durch die Wasserhülle (Hydrathülle) wird die gegenseitige Anziehung der Ionen sehr stark verringert. Zudem ziehen sich im Wasser zwei entgegengesetzt geladene Ionen nur mit ¹/₈₀ der Kraft an, die sie in Luft zusammenhalten würde. Die Folge der Hydratisierung und der Verringerung der Ionenanziehung ist die Auflösung des Salzkristalls.

Die Energiebilanz beim Lösungsvorgang.

Der Energieumsatz beim Lösen eines Ionenkristalls in Wasser wird im wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt: Zur Überwindung der Gitterenergie wird Energie verbraucht. Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie gewonnen.

Bei Salzen, die sich unter Erwärmen auflösen, ist die Hydrationsenergie deutlich größer als die Gitterenergie. Sie wird in diesem Fall nicht ganz zur Überwindung der Gitterkräfte verbraucht und tritt als meßbare Lösungswärme auf. Ist die Gitterenergie größer als die bei der Hydratisierung gewonnene Energie, erfolgt das Auflösen unter Abkühlung. Ist die Gitterenergie wesentlich größer als die Hydrationsenergie, läuft der Lösungsvorgang nicht ab: der betreffende Stoff ist in Wasser unlöslich.

Hydratisierungsenergie > Gitterenergie = Erwärmung
Hydratisierungsenergie < Gitterenergie = Abkühlung bzw. Unlösichkeit

Mit Hilfe dieser Beziehung und der bei der Auflösung einer Ionenverbindung gemessenen Wärme kann das Verhältnis von Gitterenergie und Hydrationsenergie abgeschätzt werden.

Die Formulierung des Lösungsvorganges von Salzen im Wasser.

Salze bestehen im festen Zustand aus Ionen. Diese Ionen befinden sich nach Auflösen eines Salzkristalls auch in der Salzlösung, allerdings sind sie dort von Wassermolekülen umhüllt (hydratisiert). In vereinfachter Form kann man den Vorgang des Lösens und Hydratisierens so formulieren:

NaCl	H2O	Na+(aq) + Cl–(aq)

Dabei bedeutet der Reaktionspfeil mit der Formel H₂O das Auflösen des Salzes in Wasser (= aqua); das Symbol (aq) deutet eine unbestimmte Zahl von H₂O - Molekülen an und zeigt,

KBr	H2O	K+(aq) + Br–(aq)
Kaliumbromid		Kaliumion	Bromidion

dass die Ionen hydriert sind.

MgCl2	H2O	Mg2+(aq) + 2Cl–(aq)
Magnesiumchlorid		Magnesiumion	Chloridion

Die Summe der positiven und negativen Ladungen muss links und rechts des Reaktionspfeils gleich sein. In der chemischen Literatur wird gelegentlich auf die Bezeichnung der Hydratisierung verzichtet; man beschränkt sich auf die Formulierung der Ionen.

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