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Alt 21.06.2019, 11:20   #1   Druckbare Version zeigen
pharmacyl Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 51
Löslichkeit in Wasser

Hallo,

ich habe eine Verständnis frage zur Löslichkeit von Stoffen in Wasser. Bei der letzten Chemieprüfung musste man 4 verschiedene Stoffe aufsteigend nach ihrer Löslichkeit im Wasser reihen.
Mein erster Gedanke war, dass polare Stoffe sich einfacher im polaren Wasser lösen müssen und auch, dass die Gitterenergie eine Rolle spielt. Wenn die Gitterenergie höher ist, dann löst es sich auch schwerer.

Gibt es weitere Faktoren, die man beachten muss bzw. stimmen meine Ansätze überhaupt? Wie kann ich bestimmen welche Stoffe sich leichter im Wasser lösen als andere?
Woher weiß ich zum Beispiel, ob NaCl oder Kaliumpermanganat löslicher im Wasser ist?

Ich würde mich über eine Erklärung sehr freuen.

Lg
pharmacyl
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Alt 21.06.2019, 12:49   #2   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Löslichkeit in Wasser

Als erstes sollte man untescheiden zwischen Lösung als Ionen (Salze) und dem Lösen als Molekül.

Die Betrachtungen Gitterenergie vs. Solvatationsenergie sind soweit in Ordnung. Die Bestimmung ist nur deutlich schieriger, als die Bestimmung der Löslichkeit.

Bei Salzen kann man beide noch einigermaßen herauskriegen, wobei hier auch die Erfahrung bzw. der Vergleich mit anderen Verbindungen und der Gang im Periosdensystem meist ebenso erfolgreich und deutlich schneller sind (bei vergleichbarem Fehler).

Bei Molekülen hat man dasProblem, dass man hier mit räumlich deutlich größeren Spezies zu tun hat, die man sicherlich nicht mehr als Kugeln ansehen sollte. Eine Berechnung ist immer möglich (Modell aufstellen & rechnen geht immer), aber z.T. absurd aufwändig. Also zumindest, wenn das Ergebnis nicht total lächerlich realitätsfern sein soll.

Auch hier gilt, dass mit Erfahrung (polare Bindungen, Anordnung derselben, Molekülgröße) man das so gut sabschätzen kann, dass eine Berechnung auch hier entweder ungenauer ist oder die Messung schneller.
__________________
Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim: Allein die Dosis machts, daß ein Ding kein Gift sei.

Erfahrung: Wenn es so einfach wäre, hätte es schon längst jemand gemacht
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Alt 21.06.2019, 13:01   #3   Druckbare Version zeigen
pharmacyl Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 51
AW: Löslichkeit in Wasser

Vielen Dank für deine Antwort. Wie führt man diese Berechnung durch?
pharmacyl ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 14:50   #4   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
Mitglied
Beiträge: 19.251
AW: Löslichkeit in Wasser

Löslichkeiten werden empirisch ermittelt. Das ist wesentlich einfacher, als genannte absurd komplizierte Berechnungen durchzuführen. Löslichkeitswerte sind Tabellenwerte, die muss man lernen... mit der Zeit bekommt man ein Gefühl für Löslichkeiten, aber das führt natürlich auch nicht zu ganz konkreten und korrekten Werten.

Mit Kenntnis des Löslichkeitsproduktes kann man natürlich rechnen, aber auch das muss man erst einmal haben.

Ansonsten viel Spaß:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ci0102822
https://www.researchgate.net/post/Is_it_possible_to_calculate_the_solubility_of_some_molecule_in_water_by_MD_simulation_If_so_how
https://pdfs.semanticscholar.org/093a/4b75ef8118ccc7e50fa9de6ed2a8b7edd8ef.pdf
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 14:57   #5   Druckbare Version zeigen
pharmacyl Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 51
AW: Löslichkeit in Wasser

Alles klar! Danke für deine Antwort.
pharmacyl ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 15:29   #6   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Löslichkeit in Wasser

Zitat:
Zitat von pharmacyl Beitrag anzeigen
Vielen Dank für deine Antwort. Wie führt man diese Berechnung durch?
Bei Salzen nimmt man an, dass diese Kugelförmig seien. Anhand des Kristallgitters kann man die Gitterenergien berechnen. Schwieriger wird es schon mit der Hydratationsenergie. Da muss man erst einmal eine günstige Anordnung des Wassers (es gibt ja mehrere Koordinationsebenen) um die Ionen finden und dann mit den Dipolwechselwirkungen des Wassers die Solvatationswärme ausrechnen. Das ist schon ordentlich mit Fehlern verbunden. Einmal kurz den Rechner heiß laufen lassen und schon hat man ein Ergebnis. Und das ist dann meist weit von der Realität wech.

Analog ist es dann mit den Molekülen, die gelöst werden sollen. Die Gitterenergie kann da - natürlich nur bei Kenntnis des Gitters - anhand der Wechselwirkungen der polaren und unpolaren Teile des Moleküls berechnet werden. Genauer wird es natürlich, wenn man jedes Atom berücksichtigt. Bei Flüssigkeiten kommt bestimmt noch hinzu, dass hier einige nicht-Ideale Zustände vorliegen, die man auch berücksichtigen sollte.
Wenn man weiß, wie das Molekül kristallisiert, erspart man sich natürlich ein paar Berechnungen. Ansonsten muss man da eben auch eine Rechnung machen. Und dann wie oben das Gleiche noch mal für das Molekül in der Hydrathülle.
In Summe also tausende Annahmen und Vermutungen, Monate bis Jahre des Rechnens, bei heißlaufenden Computerclustern. Nur um dann zu wissen, dass man doch hätte ganz andere Annahmen treffen sollen. Es ist nur die Frage, bei welchen von den tausenden...
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Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 15:36   #7   Druckbare Version zeigen
Bernhard Kilger Männlich
Mitglied
Beiträge: 12
AW: Löslichkeit in Wasser

Hallo,
es ist schon richtig, dass die Löslichkeit eine Frage der Gitterenergie ist: je größer, desto schwerer löslich. Aber nicht nur diese. Der andere energetische Faktor, der dem gegenübersteht, ist die Hydratationsenergie, die negativ sein muss. Diese setzt sich wiederum zusammen aus der Enthalpie und dem Entropieglied (-T*dS). Stark positive Entropie kann dazu führen, dass sich ein Stoff unter Abkühlung löst (endothermer Prozess), was z.B. bei Salz-Kältemischungen ausgenutzt wird.
Bernhard Kilger ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 15:41   #8   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Löslichkeit in Wasser

Beim Stichwort Salz-Kältemischugen nur der Hinweis, dass man hier unterscheiden muss zwischen Kältemischungen, die eine Abkülung aufgrund einer negativen Lösungswärme haben oder (und das ist der Normalfall einer Kältemischung) einer Abkühlung aufgrund der Gefrierpunktserniedrigung von Wasser durch das Lösen eines Stoffes (z.B. NaCl/Eis).
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Cyrion ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.06.2019, 21:23   #9   Druckbare Version zeigen
Bernhard Kilger Männlich
Mitglied
Beiträge: 12
AW: Löslichkeit in Wasser

Hallo Cyrion.
ja, das mit der Gefrierpunktserniedrigung ist natürlich richtig. Ich wollte auch nur darauf hinweisen, dass die Gitterenergie nicht der einzige Faktor bei der Löslichkeit ist, sondern eben auch die Hydratationsenthalpie, Diese kann durchaus positiv sein (endotherm), z.B. beim Lösen von Ammoniumnitrat in Wasser. Der Gefriepunkt spielt in diesem Beispiel keine Rolle.
Bernhard Kilger ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 22.06.2019, 06:11   #10   Druckbare Version zeigen
Cyrion Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.452
AW: Löslichkeit in Wasser

Jeps. Da Salz-Kälte-Mischungen beide Sachverhalte umfassen und dies zusätzlich in einem anderen Beitrag im Forum in diesen Tagen auch eher missverständlich geschrieben wurde, wollte ich nur die Gelegenheit nutzen, das einmal anzusprechen.
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