Löslichkeit - Chemie
Löslichkeit - Chemie
Einleitung
Löslichkeit beschreibt, wie viel von einem Stoff sich unter bestimmten Bedingungen in einem Lösungsmittel lösen kann. Im Alltag begegnet Dir das beim Auflösen von Zucker in Tee, beim Salzen von Wasser, bei Brausetabletten oder bei Kohlendioxid in Mineralwasser. Eine Lösung wirkt einheitlich, obwohl sie aus mindestens zwei Stoffen besteht.
In diesem aiMOOC lernst Du, Lösungen auf Stoff- und Teilchenebene zu erklären. Du unterscheidest ungesättigte, gesättigte und übersättigte Lösungen, liest Löslichkeitskurven und führst einfache Berechnungen durch.
Lernziele
Nach der Bearbeitung kannst Du:
- Löslichkeit als Stoffeigenschaft erklären.
- Lösung, Lösungsmittel und gelösten Stoff unterscheiden.
- den Lösevorgang mit einem einfachen Teilchenmodell beschreiben.
- den Einfluss von Temperatur, Druck und Stoffart beurteilen.
- Löslichkeitsangaben aus Tabellen und Diagrammen auswerten.
- Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit voneinander abgrenzen.
Grundbegriffe
Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch. Das bedeutet: Die Bestandteile sind gleichmäßig verteilt und mit bloßem Auge nicht voneinander zu unterscheiden. Der Stoff, der einen anderen Stoff löst, heißt Lösungsmittel. Der verteilte Stoff heißt gelöster Stoff.
Beispiel: In Salzwasser ist Wasser das Lösungsmittel und Natriumchlorid der gelöste Stoff. Beim Lösen verschwinden die Teilchen nicht. Sie verteilen sich nur so fein, dass die Mischung einheitlich erscheint.
Teilchenebene: Salz in Wasser
Wasser besteht aus polaren Molekülen. Am Sauerstoffatom liegt eine negative Teilladung, an den Wasserstoffatomen eine positive Teilladung. Dadurch können Wassermoleküle geladene Teilchen anziehen.
Beim Lösen von Natriumchlorid werden Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen aus dem Ionengitter herausgelöst. Wassermoleküle ordnen sich um die Ionen an. Diese Hülle wird Hydrathülle genannt. Die Ionen bleiben beweglich und gleichmäßig in der Lösung verteilt.
Polar und unpolar
Als Faustregel gilt: Ähnliches löst sich in Ähnlichem. Polare Stoffe lösen sich häufig gut in polaren Lösungsmitteln. Unpolare Stoffe lösen sich häufig besser in unpolaren Lösungsmitteln. Diese Regel hilft bei Vorhersagen, ist aber kein ausnahmsloses Gesetz.
Wasser ist polar, Speiseöl überwiegend unpolar. Deshalb bilden Wasser und Öl zwei Phasen. Ethanol besitzt einen polaren und einen unpolaren Molekülbereich und kann sich deshalb gut mit Wasser mischen und zugleich manche unpolaren Stoffe aufnehmen.
Sättigung und Löslichkeitsgleichgewicht
Bei fester Temperatur kann ein Lösungsmittel nur eine begrenzte Menge eines bestimmten Stoffes aufnehmen.
| Zustand | Kennzeichen |
|---|---|
| Ungesättigte Lösung | Es kann noch weiterer Stoff gelöst werden. |
| Gesättigte Lösung | Die maximale lösliche Stoffmenge ist erreicht. |
| Übersättigte Lösung | Es ist vorübergehend mehr Stoff gelöst, als im stabilen Gleichgewicht möglich wäre. |
Bleibt bei weiterer Stoffzugabe Feststoff am Boden liegen, spricht man von einem Bodenkörper. In einer gesättigten Lösung mit Bodenkörper herrscht ein dynamisches Gleichgewicht: Teilchen gehen weiterhin in Lösung, während andere Teilchen gleichzeitig kristallisieren. Beide Vorgänge laufen gleich schnell ab.
Eine übersättigte Lösung ist instabil. Eine Erschütterung, ein Impfkristall oder das Reiben an der Gefäßwand kann eine schnelle Kristallisation auslösen.
Einflussfaktoren
Temperatur
Die Löslichkeit vieler fester Stoffe in Wasser nimmt beim Erwärmen zu. Es gibt jedoch Ausnahmen. Deshalb muss immer die Löslichkeitskurve des konkreten Stoffes betrachtet werden. Bei Gasen in Flüssigkeiten nimmt die Löslichkeit beim Erwärmen häufig ab.
Eine Löslichkeitskurve zeigt, welche Stoffmenge bei einer bestimmten Temperatur maximal gelöst werden kann. Punkte unterhalb der Kurve beschreiben meist ungesättigte Lösungen. Punkte auf der Kurve stehen für gesättigte Lösungen. Oberhalb der Kurve kann eine übersättigte Lösung vorliegen oder überschüssiger Stoff auskristallisieren.
Druck bei Gasen
Bei Gasen spielt der Druck eine wichtige Rolle. Ein höherer Gasdruck über einer Flüssigkeit führt im Gleichgewicht meist dazu, dass mehr Gas gelöst bleibt. Beim Öffnen einer Mineralwasserflasche sinkt der Druck. Kohlendioxid tritt aus der Lösung aus und bildet Bläschen.
Stoffart und Wechselwirkungen
Ob sich ein Stoff gut löst, hängt von den Anziehungskräften zwischen den Teilchen ab. Neue Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff müssen die bisherigen Wechselwirkungen ausreichend ersetzen. Deshalb lösen sich nicht alle Salze gleich gut in Wasser, obwohl Wasser polar ist.
Auch der pH-Wert kann die Löslichkeit mancher Stoffe verändern. Das ist besonders wichtig bei Säuren, Basen, Mineralien und Arzneistoffen.
Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit
Löslichkeit gibt die maximal lösbare Menge im Gleichgewicht an. Lösungsgeschwindigkeit beschreibt, wie schnell sich ein Stoff löst.
Rühren und Zerkleinern beschleunigen meist den Lösevorgang, weil häufiger Lösungsmittel an frische Oberflächen gelangt. Diese Maßnahmen erhöhen jedoch nicht automatisch die endgültige Löslichkeit. Eine Temperaturänderung kann sowohl die Geschwindigkeit als auch die Gleichgewichtslöslichkeit beeinflussen.
Löslichkeit berechnen
Löslichkeit wird bei Feststoffen häufig als Gramm gelöster Stoff pro 100 Gramm Lösungsmittel bei einer festgelegten Temperatur angegeben.
Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle L_{100}=\frac{m_{\mathrm{max}}(\mathrm{Stoff})}{m(\mathrm{Lösungsmittel})}\cdot 100}
Angenommen, eine Löslichkeitsangabe beträgt bei einer bestimmten Temperatur 36 g Stoff pro 100 g Wasser. Für 250 g Wasser ergibt sich:
Die Masse der Lösung ist die Summe aus Lösungsmittel und gelöstem Stoff:
Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle m(\mathrm{Lösung})=m(\mathrm{Lösungsmittel})+m(\mathrm{gelöster\ Stoff})}
Der Massenanteil lautet:
Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle w=\frac{m(\mathrm{gelöster\ Stoff})}{m(\mathrm{Lösung})}}
Kristallisation und Anwendungen
Sinkt die Löslichkeit beim Abkühlen oder verdunstet Lösungsmittel, kann der gelöste Stoff kristallisieren. Dieses Verfahren wird zur Stofftrennung, Reinigung und Salzgewinnung eingesetzt.
Auch bei der Gewinnung von Steinsalz kann Wasser als Lösungsmittel dienen. Eine konzentrierte Salzlösung wird gefördert und anschließend eingedampft.
Löslichkeit ist außerdem wichtig bei der Herstellung von Getränken, Arzneimitteln, Farben und Reinigungsmitteln. In Gewässern beeinflusst die Gaslöslichkeit, wie viel Sauerstoff für Lebewesen verfügbar ist.
Schulexperiment: Was löst sich in Wasser?
Sicherheit: Trage eine Schutzbrille, arbeite nur mit haushaltsüblichen Stoffen und probiere keine Laborstoffe. Entsorge Öl nicht über den Ausguss.
- Gib jeweils dieselbe Menge Wasser in vier beschriftete Gläser.
- Füge getrennt kleine Mengen Kochsalz, Zucker, Speiseöl und Sand hinzu.
- Rühre jeweils gleich lang und notiere Beobachtungen.
- Ordne die Gemische den Begriffen Lösung, Suspension oder Phasengemisch zu.
- Erkläre die Ergebnisse mit Polarität und Teilchengröße.
Achte darauf, Beobachtung und Deutung zu trennen. „Die Flüssigkeit ist klar“ ist eine Beobachtung. „Die Teilchen sind gleichmäßig verteilt“ ist eine Deutung mit dem Teilchenmodell.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was beschreibt die Löslichkeit eines Stoffes? (Die maximal lösbare Stoffmenge unter festgelegten Bedingungen) (!Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion) (!Die Dichte des reinen Stoffes) (!Die Größe der einzelnen Stoffteilchen)
Welcher Stoff ist in einer Kochsalzlösung das Lösungsmittel? (Wasser) (!Natrium) (!Chlorid) (!Kochsalz)
Wann ist eine Lösung gesättigt? (Wenn die maximale lösliche Stoffmenge erreicht ist) (!Wenn die Lösung farblos ist) (!Wenn alle Teilchen stillstehen) (!Wenn kein Lösungsmittel vorhanden ist)
Warum kann Wasser viele Ionen lösen? (Weil Wassermoleküle polar sind) (!Weil Wasser immer heiß ist) (!Weil Wasser aus Ionen besteht) (!Weil Ionen unpolar sind)
Warum mischen sich Wasser und Speiseöl schlecht? (Sie besitzen unterschiedliche Polarität) (!Sie haben immer dieselbe Dichte) (!Öl besteht nur aus Ionen) (!Wasser ist ein unpolares Lösungsmittel)
Welche Aussage zur Temperaturabhängigkeit ist richtig? (Die Löslichkeit muss für jeden Stoff betrachtet werden) (!Alle Feststoffe lösen sich bei Wärme schlechter) (!Alle Stoffe lösen sich bei Wärme besser) (!Temperatur beeinflusst nur die Farbe)
Was geschieht häufig mit gelösten Gasen bei höherem Druck? (Es bleibt mehr Gas in der Flüssigkeit gelöst) (!Das Gas wird zu einem Feststoff) (!Die Flüssigkeit verliert ihr Lösungsmittel) (!Der Druck hat grundsätzlich keinen Einfluss)
Welche Maßnahme erhöht vor allem die Lösungsgeschwindigkeit? (Rühren) (!Das Ablesen einer Waage) (!Das Abdunkeln des Raumes) (!Das Beschriften des Gefäßes)
Was ist eine Hydrathülle? (Eine Anordnung von Wassermolekülen um gelöste Teilchen) (!Ein ungelöster Bodenkörper) (!Eine Schicht aus Speiseöl) (!Ein Messgerät für Temperatur)
Was zeigt eine Löslichkeitskurve? (Die maximale lösbare Stoffmenge in Abhängigkeit von der Temperatur) (!Die Farbe eines Stoffes in Abhängigkeit vom Licht) (!Die Reaktionszeit in Abhängigkeit vom Gefäß) (!Die Dichte von Wasser in Abhängigkeit vom Volumen)
Memory
| Löslichkeit | maximal lösbare Stoffmenge |
| Lösungsmittel | Stoff, der andere Stoffe löst |
| Gelöster Stoff | gleichmäßig verteilter Bestandteil |
| Gesättigte Lösung | Sättigungsgrenze erreicht |
| Bodenkörper | ungelöster Feststoff am Gefäßboden |
| Hydrathülle | Wassermoleküle um ein gelöstes Ion |
| Kristallisation | Bildung eines geordneten Feststoffs |
| Polarität | ungleiche Ladungsverteilung im Molekül |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Wasser | polares Lösungsmittel |
| Speiseöl | überwiegend unpolarer Stoff |
| Kochsalzlösung | hydratisierte Ionen |
| Zuckerlösung | homogen verteilte Moleküle |
| Mineralwasser | gelöstes Gas unter Druck |
| Bodenkörper | Hinweis auf eine gesättigte Lösung |
Kreuzworträtsel
| Lösungsmittel | Welcher Stoff nimmt beim Lösen einen anderen Stoff auf? |
| Sättigung | Wie heißt das Erreichen der maximal lösbaren Stoffmenge? |
| Hydrathülle | Wie heißt die Hülle aus Wassermolekülen um ein gelöstes Ion? |
| Polarität | Welche Moleküleigenschaft erklärt die gute Lösekraft von Wasser für viele Ionen? |
| Kristallisation | Wie heißt die Bildung eines geordneten Feststoffs aus einer Lösung? |
| Bodenkörper | Wie heißt der ungelöste Feststoff unter einer gesättigten Lösung? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Löslichkeit im Alltag: Fotografiere oder zeichne drei Alltagssituationen, in denen Stoffe gelöst werden, und beschrifte Lösungsmittel sowie gelösten Stoff.
- Begriffsnetz: Erstelle ein Begriffsnetz aus Lösung, Lösungsmittel, gelöstem Stoff, Löslichkeit und Sättigung.
- Stofftest: Prüfe mit kleinen Mengen, ob Zucker, Salz, Sand und Öl in Wasser eine klare Lösung bilden. Dokumentiere nur Beobachtungen.
- Teilchenbild: Zeichne eine Zuckerlösung und eine Salzlösung auf Teilchenebene und erkläre den Unterschied.
Standard
- Temperaturversuch: Plane einen fairen Versuch zur Frage, ob sich Zucker in warmem Wasser schneller löst als in kaltem Wasser.
- Sättigungsversuch: Stelle mit Kochsalz und Wasser eine gesättigte Lösung her und begründe, woran Du den Zustand erkennst.
- Löslichkeitskurve: Suche eine freie Löslichkeitskurve, lies drei Werte ab und formuliere dazu drei Rechenaufgaben mit Lösungen.
- Polarität im Haushalt: Untersuche Wasser, Öl und Ethanol als Lösungsmittel für einen geeigneten Farbstoff. Beachte die Sicherheitsregeln Deiner Lehrkraft.
Schwer
- Kristallzüchtung: Züchte unter Aufsicht Kristalle aus einer gesättigten Salz- oder Zuckerlösung und führe ein Protokoll über mehrere Tage.
- Gaslöslichkeit: Entwickle ein Modell, das das Aufschäumen eines kohlensäurehaltigen Getränks beim Öffnen erklärt.
- Gewässer und Sauerstoff: Recherchiere, weshalb warmes Wasser für Fische bei Sauerstoffmangel problematisch sein kann, und erstelle ein Ursache-Wirkungs-Diagramm.
- Erklärvideo: Produziere ein kurzes Lernvideo, das Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit anhand eines selbst gewählten Beispiels klar unterscheidet.
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Lernkontrolle
- Modellvergleich: Vergleiche eine Salzlösung mit einer Zuckerlösung auf Teilchenebene. Erkläre, welche Teilchen jeweils verteilt sind.
- Diagrammauswertung: Eine Löslichkeitskurve steigt stark mit der Temperatur. Leite ab, wie Du den Stoff durch Abkühlen reinigen könntest.
- Alltagstransfer: Erkläre, warum eine geöffnete Mineralwasserflasche mit der Zeit schal wird und warum Kühlung diesen Vorgang verlangsamen kann.
- Versuchsplanung: Entwickle einen Versuch, der getrennt zeigt, wie Rühren die Lösungsgeschwindigkeit und Temperatur die Löslichkeit beeinflussen können.
- Stoffauswahl: Begründe mit Polarität, welches Lösungsmittel für einen polaren und welches für einen unpolaren Stoff geeignet sein könnte.
- Aussagenprüfung: Bewerte die Aussage „In heißem Wasser löst sich immer mehr Stoff“ und formuliere eine fachlich richtige Alternative.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:
- die Grundbegriffe korrekt verwendest.
- Beobachtungen von Erklärungen auf Teilchenebene trennst.
- ungesättigte, gesättigte und übersättigte Lösungen unterscheidest.
- Löslichkeitskurven liest und Werte rechnerisch überträgst.
- Lösungsgeschwindigkeit und Gleichgewichtslöslichkeit auseinanderhältst.
- Polarität, Temperatur und Druck auf passende Beispiele anwendest.
- einen Versuch sicher planst, dokumentierst und auswertest.
OERs zum Thema
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