aiMOOC

Löslichkeit

QR-Code

Einleitung

Du kennst das: Zucker verschwindet beim Umrühren im Tee, Salz im Nudelwasser und Kohlendioxid in einer geschlossenen Sprudelflasche. Doch was bedeutet „lösen“ genau? Und warum kann Wasser nicht unbegrenzt viel Salz aufnehmen?

Geräusch: Wasser wird eingeschenkt und getrunken. Audio von ezwa, gemeinfrei.

Datei:MakingASplash.webm Du lernst, Stoffe und Lösungsmittel zu unterscheiden, Sättigung zu erkennen, Löslichkeitskurven auszuwerten und die Bedeutung der Löslichkeit im Alltag und in der Umwelt zu erklären. Der Kurs richtet sich an Lernende der Klassen 8 bis 10. Du brauchst Grundwissen zu Teilchenmodellen, Stoffen und einfachen Messwerten. Arbeite sicher: Verwende für Experimente nur haushaltsübliche, ungefährliche Stoffe, probiere nichts und erhitze Flüssigkeiten nur unter Aufsicht.

Was bedeutet Löslichkeit?

Die Löslichkeit beschreibt, wie viel von einem Stoff sich unter festgelegten Bedingungen in einem bestimmten Lösungsmittel lösen kann. Bedingungen wie Temperatur und bei Gasen auch Druck müssen immer mitgedacht werden. Im Alltag meint „löslich“ manchmal nur, dass sich etwas überhaupt verteilt. In der Chemie ist die quantitative Löslichkeit genauer: Sie gibt die maximale Gleichgewichtskonzentration eines Stoffes in einem Lösungsmittel an. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch. Ihre Bestandteile sind gleichmäßig verteilt und lassen sich mit bloßem Auge nicht voneinander unterscheiden. Der Stoff, der gelöst wird, heißt Lösungsstoff oder Solut. Der Stoff, der löst, heißt Lösungsmittel oder Solvens. Bei Salzwasser ist Salz der Lösungsstoff und Wasser das Lösungsmittel. Wasser ist ein wichtiges, aber keineswegs universelles Lösungsmittel: Öl und Wasser mischen sich beispielsweise kaum.

Nicht jedes Gemisch ist eine Lösung. Sand in Wasser bildet eine Suspension: Teilchen bleiben sichtbar und können sich absetzen. Öl und Wasser bilden nach dem Schütteln vorübergehend kleine Tröpfchen, trennen sich aber wieder in Phasen. Dagegen bleibt gelöster Zucker im Wasser gleichmäßig verteilt.

Stoffe und Lösungsmittel auf Teilchenebene

Beim Lösen werden Teilchen des Lösungsstoffs aus ihrem Verband herausgelöst und von Teilchen des Lösungsmittels umgeben. Bei Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) werden Natrium- und Chloridionen aus dem Ionengitter gelöst. Polare Wassermoleküle richten sich an den geladenen Ionen aus und bilden Hydrathüllen. Die Ionen verteilen sich anschließend im Wasser. Der Stoff verschwindet also nicht; seine Teilchen sind nur nicht mehr als Salzkristall sichtbar.

Mikroskopaufnahme der Auflösung eines Natriumchloridkristalls und entstehender Diffusionsströme. Vasyl Krasnoshtan, CC BY-SA 4.0.

Die Verteilung der gelösten Teilchen wird durch Diffusion unterstützt: Teilchen bewegen sich aufgrund ihrer Wärmebewegung und verteilen sich netto von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration. Rühren beschleunigt die Durchmischung, verändert aber bei gleicher Temperatur nicht die Gleichgewichtslöslichkeit eines Stoffes.

Animation zur Diffusion entlang eines Konzentrationsgefälles. Runningamok19, CC BY 3.0.

Ob ein Stoff sich gut löst, hängt unter anderem von den Wechselwirkungen zwischen Lösungsstoff und Lösungsmittel ab. Als Faustregel gilt häufig: „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“. Polare Stoffe lösen sich oft gut in polaren Lösungsmitteln, unpolare Stoffe eher in unpolaren. Die Regel hilft beim Vorhersagen, ersetzt aber keine Messung.

Ungesättigte, gesättigte und übersättigte Lösungen

Eine ungesättigte Lösung enthält bei einer bestimmten Temperatur weniger gelösten Stoff, als maximal möglich wäre. Es kann noch mehr Lösungsstoff aufgenommen werden. Eine gesättigte Lösung enthält die maximal lösliche Stoffmenge im Gleichgewicht. Gibt man mehr Feststoff hinzu, bleibt ein Teil ungelöst oder setzt sich ab.

Bei einer gesättigten Lösung eines Feststoffs laufen Lösen und Kristallisieren gleichzeitig ab. Im dynamischen Gleichgewicht lösen sich pro Zeit genauso viele Teilchen, wie aus der Lösung in den Feststoff zurückkehren. Deshalb bleibt die Konzentration gleich, obwohl auf Teilchenebene weiterhin Bewegung stattfindet. Eine übersättigte Lösung enthält mehr gelösten Stoff, als unter den aktuellen Bedingungen normalerweise im Gleichgewicht stabil ist. Sie ist metastabil: Erschütterung oder ein Impfkristall kann die Kristallisation auslösen. Solche Lösungen werden zum Beispiel bei Kristallisationsvorführungen genutzt. Führe solche Versuche nicht ohne fachkundige Aufsicht und geeignete Sicherheitsmaßnahmen durch.

Wovon hängt die Löslichkeit ab?

Temperatur: Bei vielen festen Stoffen nimmt die Löslichkeit in Wasser mit steigender Temperatur zu. Es gibt wichtige Ausnahmen; die Regel gilt nicht für alle Stoffe. Beim Abkühlen einer heißen gesättigten Lösung kann deshalb überschüssiger Stoff auskristallisieren. Bei Gasen ist es häufig umgekehrt: Warmes Wasser hält meist weniger gelösten Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid als kaltes Wasser. Druck: Der Druck beeinflusst die Löslichkeit von Feststoffen und Flüssigkeiten in Flüssigkeiten meist nur wenig. Für Gase ist er wichtig: Bei gleichbleibender Temperatur steigt die Gleichgewichtskonzentration eines Gases in einer Flüssigkeit näherungsweise mit seinem Partialdruck. Dies beschreibt das Henry-Gesetz in der einfachen Form c = k · p. Wird eine Sprudelflasche geöffnet, sinkt der CO₂-Partialdruck über dem Getränk; Kohlenstoffdioxid entweicht als Bläschen. Art der Stoffe: Die Polarität und die Stärke der Wechselwirkungen beeinflussen, ob Stoffe miteinander mischbar sind. Ethanol und Wasser sind in jedem Verhältnis mischbar; Speiseöl und Wasser dagegen kaum. Auch der pH-Wert und weitere gelöste Stoffe können in bestimmten Systemen die Löslichkeit verändern. Merke: Rühren und Zerkleinern vergrößern die Kontaktfläche oder beschleunigen den Stofftransport. Sie erhöhen die Auflösungsgeschwindigkeit, aber nicht automatisch die Gleichgewichtslöslichkeit. Die Löslichkeit selbst muss immer mit den Bedingungen angegeben werden.

Das Video „Solubility and Saturation“ von Chemfuzzled vertieft den Zusammenhang zwischen Löslichkeit und Sättigung. Achte beim Anschauen darauf, wie die Begriffe quantitativ verwendet werden.

Löslichkeit messen und Löslichkeitskurven lesen

Eine häufige Angabe ist Gramm Lösungsstoff pro 100 Gramm Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur, zum Beispiel g pro 100 g Wasser. Andere Einheiten sind g/L oder mol/L. Achte genau auf die Bezugsgröße: g pro 100 g Wasser ist nicht dasselbe wie g pro 100 g Lösung. Beispiel: Bei einer vereinfachten Messung lösen sich bei einer bestimmten Temperatur höchstens 36 g eines Salzes in 100 g Wasser. Werden 20 g zugegeben und vollständig gelöst, ist die Lösung ungesättigt. Bei 36 g ist sie gesättigt. Bei 40 g bleiben unter diesen Bedingungen ungefähr 4 g ungelöst. Diese Beispielwerte sind keine universellen Stoffdaten. Eine Löslichkeitskurve zeigt die Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur. Lies zuerst die Achsen und Einheiten. Ein Punkt auf der Kurve steht für eine gesättigte Lösung. Ein Punkt darunter steht für eine ungesättigte Lösung. Ein Punkt oberhalb der Kurve beschreibt eine übersättigte Zusammensetzung oder einen Zustand mit ungelöstem Feststoff, je nachdem, wie das System hergestellt wurde.

Für eine Kristallisation kann man eine heiße gesättigte Lösung langsam abkühlen. Wenn die Löslichkeit sinkt, kann ein Teil des zuvor gelösten Stoffes auskristallisieren. Die tatsächlich entstehende Kristallmenge hängt unter anderem davon ab, wie viel Lösungsmittel vorhanden ist und wie stark die Temperatur verändert wird.

Interactive Tasks

Quiz: Teste dein Wissen

Was ist eine Lösung im chemischen Sinn? (Ein homogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen) (!Ein Gemisch mit sichtbaren Feststoffteilchen) (!Ein einzelner Reinstoff) (!Eine chemische Verbindung mit immer fester Zusammensetzung)

Wie heißt der Stoff, der in einem Lösungsmittel gelöst wird? (Lösungsstoff) (!Lösungsmittel) (!Katalysator) (!Indikator)

Was geschieht beim Lösen von Kochsalz in Wasser? (Natrium und Chlorid liegen als hydratisierte Ionen verteilt vor) (!Die Atome des Salzes verschwinden vollständig) (!Es entsteht ein neuer Reinstoff ohne Ionen) (!Das Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt)

Woran erkennst du eine gesättigte Lösung im Gleichgewicht? (Sie enthält bei dieser Temperatur die maximal lösliche Stoffmenge) (!Sie enthält grundsätzlich keinen gelösten Stoff) (!Sie löst jeden weiteren Feststoff sofort) (!Sie muss immer trüb sein)

Was bedeutet dynamisches Gleichgewicht beim Lösen eines Feststoffs? (Lösen und Kristallisieren laufen gleich schnell ab) (!Alle Teilchen stehen still) (!Der Feststoff löst sich unbegrenzt weiter) (!Die Temperatur steigt ständig)

Welche Aussage zu Rühren ist richtig? (Rühren beschleunigt die Durchmischung, ändert aber nicht die Gleichgewichtslöslichkeit) (!Rühren erhöht immer die maximale Löslichkeit) (!Rühren macht jeden Stoff wasserlöslich) (!Rühren wandelt eine Lösung in einen Reinstoff um)

Wie verändert sich die Löslichkeit vieler fester Stoffe in Wasser bei Erwärmung? (Sie steigt häufig, aber nicht immer) (!Sie sinkt ausnahmslos) (!Sie bleibt bei allen Stoffen gleich) (!Sie wird unabhängig vom Stoff)

Was geschieht meist mit der Löslichkeit eines Gases in Wasser, wenn die Temperatur steigt? (Sie nimmt meist ab) (!Sie nimmt immer zu) (!Sie wird immer null) (!Sie hängt nur von der Gefäßform ab)

Warum bilden sich Bläschen, wenn eine Sprudelflasche geöffnet wird? (Der CO₂-Druck über dem Getränk sinkt und Gas entweicht) (!Der Druck im Getränk steigt plötzlich) (!Das Wasser wird chemisch zu Sauerstoff) (!Der Zucker kristallisiert aus)

Was zeigt eine Löslichkeitskurve? (Die maximale Löslichkeit eines Stoffes in Abhängigkeit von der Temperatur) (!Die Masse eines Gefäßes in Abhängigkeit von der Zeit) (!Die Reaktionsgeschwindigkeit aller Stoffe) (!Den pH-Wert reiner Lösungsmittel)

Memory-Spiel

Lösungsstoff	Stoff, der im Lösungsmittel verteilt wird
Lösungsmittel	Stoff, der den Lösungsstoff aufnimmt
gesättigt	Zustand mit maximaler Gleichgewichtskonzentration
ungesättigt	Zustand, in dem noch mehr Stoff gelöst werden kann
Diffusion	Nettoverteilung von Teilchen entlang eines Konzentrationsgefälles
Hydrathülle	Wassermoleküle, die ein Ion umgeben

Drag-and-Drop: Ordne die Begriffe zu

Begriff	Passende Beschreibung
Lösungsstoff	Wird im Lösungsmittel gelöst
Lösungsmittel	Nimmt den anderen Stoff auf
gesättigte Lösung	Enthält die maximal lösliche Stoffmenge im Gleichgewicht
Diffusion	Führt zur Verteilung von Teilchen
Henry-Gesetz	Verknüpft Gaslöslichkeit und Partialdruck

Kreuzworträtsel

Löslichkeit	Welche Stoffeigenschaft gibt die maximal lösbare Menge unter festgelegten Bedingungen an?
Lösungsmittel	Wie heißt der Stoff, der einen anderen Stoff aufnimmt?
Sättigung	Wie heißt der Zustand, in dem die maximale Gleichgewichtskonzentration erreicht ist?
Diffusion	Wie heißt die Nettoverteilung von Teilchen entlang eines Konzentrationsgefälles?
Temperatur	Welche Zustandsgröße beeinflusst die Löslichkeit vieler Feststoffe?
Kristall	Wie heißt ein Festkörper mit regelmäßig geordnetem Teilchengitter?

LearningApps

Übe die Grundbegriffe und ihre Zusammenhänge mit weiteren digitalen Aufgaben. Die Suche öffnet passende Lernaktivitäten zum Thema; prüfe vor der Nutzung, ob eine Aufgabe fachlich und sprachlich zu deinem Lernstand passt.

Lückentext

Eine gleichmäßig zusammengesetzte Mischung heißt

. Der Stoff, der gelöst wird, heißt

. Der aufnehmende Stoff heißt

. Eine Lösung, die bei einer bestimmten Temperatur noch mehr Stoff aufnehmen kann, ist

. Wenn die maximale Gleichgewichtskonzentration erreicht ist, ist sie

. Auf Teilchenebene werden gelöste Teilchen von Lösungsmittelteilchen umgeben; bei Kochsalz entstehen hydratisierte

. Rühren beschleunigt die

, erhöht aber nicht automatisch die Gleichgewichtslöslichkeit. Bei vielen Feststoffen steigt die Löslichkeit mit zunehmender

. Bei Gasen nimmt sie häufig mit steigender Temperatur ab. Die Gaslöslichkeit nimmt bei konstantem Temperaturwert mit dem

zu.

Offene Aufgaben

Leicht

Salz und Zucker vergleichen: Gib je einen Teelöffel Salz und Zucker in getrennte Gläser mit gleicher Wassermenge. Beobachte, beschreibe und fotografiere die Unterschiede nach dem Umrühren.
Begriffe erklären: Erstelle ein illustriertes Mini-Glossar zu Lösungsstoff, Lösungsmittel, Lösung und Sättigung. Verwende eigene Beispiele.
Alltagslösungen sammeln: Sammle fünf Beispiele für Lösungen aus Küche oder Haushalt und benenne jeweils Lösungsstoff und Lösungsmittel.
Audio-Beobachtung: Höre das Commons-Audio vom Einschenken von Wasser und beschreibe, was die Tonaufnahme zeigt und was sie nicht über die Löslichkeit aussagt.

Standard

Sättigung untersuchen: Plane mit Wasser, Speisesalz, Waage und Löffel einen sicheren Versuch zur Sättigung. Halte die Wassermenge konstant und protokolliere, wann ungelöster Feststoff zurückbleibt. Arbeite sauber und probiere nichts.
Temperatur und Löslichkeit: Recherchiere für zwei ungefährliche Salze verlässliche Löslichkeitsdaten bei verschiedenen Temperaturen und stelle sie in einem Diagramm dar.
Sprudel erklären: Erstelle eine beschriftete Teilchenskizze, die erklärt, weshalb eine geöffnete Sprudelflasche Gasblasen bildet.
Mikro- und Makroebene: Vergleiche die Commons-Mikroskopaufnahme mit einer Teilchenzeichnung. Erkläre, welche Vorgänge sichtbar sind und welche nur im Modell erschlossen werden können.

Schwer

Löslichkeitskurve auswerten: Wähle eine geprüfte Löslichkeitskurve und berechne, wie viel Stoff beim Abkühlen einer gesättigten Lösung auskristallisieren kann. Zeige Rechenweg, Einheiten und Annahmen.
Wasserqualität und Sauerstoff: Untersuche anhand seriöser Daten, wie Temperatur und Salzgehalt die Sauerstofflöslichkeit in Gewässern beeinflussen. Erkläre mögliche Folgen für Wasserlebewesen.
Versuchsplanung kritisch prüfen: Entwickle ein Versuchsdesign, das den Einfluss der Temperatur auf die Löslichkeit von der Wirkung des Rührens und der Korngröße trennt. Benenne Kontrollvariablen und Messunsicherheiten.
Erklärvideo zur Löslichkeit: Produziere ein kurzes Erklärvideo mit selbst gezeichneten Teilchenmodellen und Quellenangaben. Unterscheide ausdrücklich Löslichkeit, Auflösungsgeschwindigkeit und Konzentration.

Lernkontrolle

Transfer auf Tee und Zucker: Zwei Personen rühren gleich viel Zucker in gleich viel Wasser. Eine Person verwendet warmes Wasser. Erkläre, warum sich der Zucker schneller löst und weshalb daraus allein keine allgemeine Aussage zur Gleichgewichtslöslichkeit folgt.
Kristallisation beim Abkühlen: Eine heiße gesättigte Lösung wird langsam abgekühlt. Erkläre mithilfe einer Löslichkeitskurve, wann Kristalle entstehen und welche Informationen für eine Mengenberechnung fehlen könnten.
Gas in Getränken: Erkläre mithilfe des Henry-Gesetzes, weshalb ein Getränk nach dem Öffnen CO₂ verliert. Beschreibe, welche Rolle Temperatur und Druck spielen.
Stoffauswahl begründen: Du sollst einen fettigen Fleck entfernen. Begründe, weshalb Wasser allein oft schlecht geeignet ist und welche Bedeutung die Polarität von Lösungsmittel und Fleck hat.
Messdaten bewerten: Zwei Gruppen messen unterschiedliche Löslichkeiten desselben Stoffes. Entwickle mindestens drei mögliche Ursachen und bewerte, welche Messbedingungen dokumentiert werden müssen.
Modellgrenzen erkennen: Erkläre, was ein Teilchenmodell beim Lösen gut darstellt und welche Aspekte wie reale Teilchengrößen, Kräfte und Zufallsbewegung vereinfacht werden.

Lernnachweis

Du kannst eine Lösung als homogenes Gemisch beschreiben und Lösungsstoff sowie Lösungsmittel korrekt benennen. Du erklärst das Lösen von Salzen mit Ionen, Hydrathüllen und Diffusion. Du unterscheidest ungesättigte, gesättigte und übersättigte Lösungen und beschreibst das dynamische Gleichgewicht. Du wertest eine Löslichkeitskurve mit korrekten Einheiten aus, erklärst typische Temperatur- und Druckeinflüsse und wendest das Henry-Gesetz qualitativ an. Als Lernprodukte eignen sich ein Versuchsprotokoll, ein Diagramm, eine Teilchenskizze und eine begründete Alltagsanwendung.

OER und Wikipedia

Fachliche Grundlagen:

Wikipedia: Löslichkeit – Überblick über Definitionen, Temperatur- und Druckabhängigkeit.
OpenStax Chemistry: Solubility – Sättigung, Wechselwirkungen, Temperatur und Henry-Gesetz.
Chemistry LibreTexts: Solubility – Grundlagen und Beispiele zur Gaslöslichkeit.

Eingebundene Medien und Rechtehinweise: