Löslichkeitsprodukt - Chemie


Löslichkeitsprodukt - Chemie
Einleitung
Das Löslichkeitsprodukt beschreibt das Gleichgewicht zwischen einem schwer löslichen Salz und seinen gelösten Ionen. Du kannst damit berechnen, wie viel Salz sich löst und ob beim Mischen zweier Lösungen ein Niederschlag entsteht.
Der aiMOOC richtet sich vor allem an Lernende der Sekundarstufe II, eignet sich aber mit Hilfestellungen auch für fortgeschrittene Klassen der Sekundarstufe I. Du benötigst Grundkenntnisse zu Stoffmengenkonzentration, chemischem Gleichgewicht, Ionen und Massenwirkungsgesetz.

Lernziele
Nach diesem aiMOOC kannst Du:
- Löslichkeitsgleichgewicht: erklären, warum in einer gesättigten Lösung gleichzeitig Lösung und Fällung stattfinden.
- Löslichkeitsprodukt: aus einer Reaktionsgleichung den passenden Ausdruck für aufstellen.
- Molare Löslichkeit: aus einem gegebenen Löslichkeitsprodukt berechnen.
- Ionenprodukt: mit vergleichen und eine Fällung vorhersagen.
- Eigenioneneffekt: als Verschiebung eines chemischen Gleichgewichts erklären.
- Fällungsreaktion: auf Anwendungen in Analytik, Technik und Umweltchemie übertragen.
Fachlicher Input
Löslichkeit und Sättigung
Die Löslichkeit gibt an, wie viel eines Stoffes sich unter festgelegten Bedingungen in einem Lösungsmittel lösen kann. Bei Salzen ist Wasser häufig das Lösungsmittel.
Eine Lösung kann drei Zustände besitzen:
- Ungesättigt: Es kann sich noch weiteres Salz lösen.
- Gesättigt: Gelöstes Salz und ungelöster Feststoff stehen im Gleichgewicht.
- Übersättigt: Es sind vorübergehend mehr Teilchen gelöst, als im Gleichgewicht stabil wären. Eine Kristallisation oder Fällung kann einsetzen.
Die Löslichkeit hängt unter anderem von der Temperatur, dem Lösungsmittel, dem pH-Wert und weiteren gelösten Ionen ab.

Das dynamische Löslichkeitsgleichgewicht
Gibt man ein schwer lösliches Salz in Wasser, lösen sich zunächst einige Ionen aus dem Ionengitter. Gleichzeitig können gelöste Ionen wieder an den Feststoff gebunden werden.
Im Gleichgewicht sind die Geschwindigkeiten beider Vorgänge gleich:
Die Konzentrationen bleiben dann im Mittel konstant. Das bedeutet nicht, dass auf Teilchenebene nichts mehr geschieht. Es liegt ein dynamisches Gleichgewicht vor.[1]
Für Silberchlorid gilt:
Der Feststoff wird in der Gleichgewichtsgleichung nicht als veränderliche Konzentration berücksichtigt. Seine Aktivität gilt bei einem reinen Feststoff als konstant.

Definition des Löslichkeitsprodukts
Das Löslichkeitsprodukt ist die Gleichgewichtskonstante des Lösungsvorgangs eines schwer löslichen ionischen Stoffes. Thermodynamisch wird es mit den Aktivitäten der gelösten Ionen formuliert.[2]
Für ein Salz gilt allgemein:
Daraus folgt:
In verdünnten Schullösungen wird häufig näherungsweise mit Stoffmengenkonzentrationen gerechnet:
Wichtig: Die Exponenten entsprechen den stöchiometrischen Koeffizienten der Ionen.
Für Silberchlorid ergibt sich:
Für Calciumfluorid gilt:
Löslichkeitsprodukt und molare Löslichkeit
Die molare Löslichkeit gibt an, wie viele Mol eines Salzes sich pro Liter gesättigter Lösung lösen.
Beispiel 1: Silberchlorid
Für Silberchlorid sei bei näherungsweise gegeben:
Aus einem Mol Silberchlorid entstehen ein Mol Silber-Ionen und ein Mol Chlorid-Ionen:
Damit gilt:
Mit der molaren Masse von Silberchlorid entspricht dies ungefähr . Silberchlorid ist daher in Wasser nur sehr wenig löslich.
Beispiel 2: Calciumfluorid
Für Calciumfluorid gilt:
Wenn sich die Stoffmenge löst, entstehen:
Daher:
Bei ergibt sich näherungsweise:
Dieses Beispiel zeigt: Löslichkeitsprodukte von Salzen mit unterschiedlicher Ionenstöchiometrie dürfen nicht ohne Rechnung direkt miteinander verglichen werden.
Ionenprodukt und Fällung
Das Ionenprodukt wird mit derselben Formel wie das Löslichkeitsprodukt berechnet. Es verwendet jedoch die aktuell vorhandenen Ionenkonzentrationen, auch wenn noch kein Gleichgewicht erreicht ist.
Der Vergleich zeigt, was geschieht:
- : Die Lösung ist ungesättigt. Es fällt kein Salz aus.
- : Die Lösung ist gesättigt und befindet sich im Gleichgewicht.
- : Die Lösung ist übersättigt. Eine Fällung ist thermodynamisch begünstigt.
Beispiel: Fällt Silberchlorid aus?
Gleiche Volumina einer Silbernitratlösung und einer Natriumchloridlösung werden gemischt.
Durch die Verdopplung des Gesamtvolumens halbieren sich beide Konzentrationen:
Das Ionenprodukt ist:
Da sehr viel größer als ist, fällt Silberchlorid aus.
Die gekürzte Ionengleichung lautet:

Eigenioneneffekt
Enthält eine Lösung bereits eines der Ionen eines schwer löslichen Salzes, sinkt meist die Löslichkeit dieses Salzes. Dieser Zusammenhang wird Eigenioneneffekt oder Gleichioneneffekt genannt.
Für Silberchlorid gilt:
Befindet sich Silberchlorid in einer Lösung mit bereits vorhandenen Chlorid-Ionen, muss das Produkt trotzdem konstant bleiben. Eine größere Chlorid-Ionen-Konzentration führt deshalb zu einer kleineren Gleichgewichtskonzentration der Silber-Ionen.
Bei näherungsweise gilt:
Das Gleichgewicht wird nach dem Prinzip von Le Chatelier in Richtung des Feststoffs verschoben.
Einfluss des pH-Werts
Der pH-Wert beeinflusst die Löslichkeit, wenn an dem Gleichgewicht Oxid-, Hydroxid-, Carbonat-, Sulfid- oder andere protonierbare Ionen beteiligt sind.
Für Kupfer-II-hydroxid gilt:
Bei steigendem pH-Wert nimmt die Hydroxid-Ionen-Konzentration zu. Dadurch wird die Löslichkeit von Kupfer-II-hydroxid meist kleiner. Bei Zugabe einer Säure werden Hydroxid-Ionen zu Wasser umgesetzt. Das Gleichgewicht kann sich dann in Richtung der gelösten Ionen verschieben.

Einfluss der Temperatur
Das Löslichkeitsprodukt gilt immer für eine bestimmte Temperatur. Ändert sich die Temperatur, kann sich auch ändern.
Bei einem endothermen Lösungsvorgang fördert Erwärmen häufig das Lösen. Bei einem exothermen Lösungsvorgang kann Erwärmen die Löslichkeit verringern. Eine allgemeine Regel, nach der sich jedes Salz beim Erwärmen besser löst, ist daher nicht korrekt.
Ein anschauliches Beispiel für temperaturabhängige Kristallisation ist die sogenannte „Goldregen“-Demonstration mit Blei-II-iodid. Wegen der Giftigkeit von Bleiverbindungen darf sie ausschließlich fachgerecht durch Lehrkräfte durchgeführt und entsorgt werden.
Anwendungen
Das Löslichkeitsprodukt wird in vielen Bereichen genutzt:
- Qualitative Analyse: Ionen können durch charakteristische Niederschläge nachgewiesen werden.
- Gravimetrie: Ein Stoff wird möglichst vollständig gefällt, filtriert, getrocknet und gewogen.
- Wasseraufbereitung: Gelöste Ionen können durch gezielte Fällung entfernt werden.
- Umweltchemie: Die Mobilität mancher Metall-Ionen hängt von Fällungs- und Löslichkeitsgleichgewichten ab.
- Geochemie: Mineralbildung und Mineralauflösung werden durch Gleichgewichte beeinflusst.
- Medizin: Kristallbildungen wie Calciumoxalat-Ablagerungen lassen sich mit Löslichkeitsgleichgewichten untersuchen.
- Zahnschmelz: Säure-Base- und Löslichkeitsgleichgewichte beeinflussen die Stabilität mineralischer Zahnsubstanz.
Typische Fehler
- Koeffizienten vergessen: Die Zahlen aus der Reaktionsgleichung werden zu Exponenten im Ausdruck für .
- Verdünnung übersehen: Beim Mischen zweier Lösungen ändert sich das Gesamtvolumen.
- Feststoff einsetzen: Die Konzentration eines reinen Feststoffs steht nicht im Ausdruck des Löslichkeitsprodukts.
- Löslichkeit mit Löslichkeitsprodukt verwechseln: ist eine Konzentration, ist eine Gleichgewichtskonstante.
- Löslichkeitsprodukte direkt vergleichen: Das ist bei unterschiedlicher Ionenstöchiometrie nicht zuverlässig.
- Temperatur ignorieren: Tabellenwerte gelten nur für die angegebene Temperatur.
- Nebenreaktionen übersehen: Säure-Base-Reaktionen und Komplexbildung können die Löslichkeit verändern.
Rechenstrategie
Gehe bei Aufgaben in dieser Reihenfolge vor:
- Schreibe die Gleichung des Löslichkeitsgleichgewichts auf.
- Formuliere den Ausdruck für .
- Lege die gesuchte Größe fest.
- Berücksichtige stöchiometrische Faktoren und Verdünnung.
- Setze Konzentrationen oder die molare Löslichkeit ein.
- Löse die Gleichung.
- Prüfe Einheit, Größenordnung und chemische Plausibilität.
- Vergleiche bei Fällungsaufgaben mit .
Sicherheit im Experiment
Silbernitrat kann Haut und Kleidung verfärben. Kupfer-, Barium- und Bleisalze können gesundheitsschädlich oder umweltgefährlich sein. Experimente mit solchen Stoffen dürfen nur nach Gefährdungsbeurteilung, mit Schutzbrille und unter fachkundiger Aufsicht durchgeführt werden. Schwermetallhaltige Lösungen und Niederschläge gehören nicht in den Ausguss.
Zusammenfassung
Das Löslichkeitsprodukt beschreibt das Gleichgewicht eines schwer löslichen Salzes mit seinen gelösten Ionen. Die Exponenten im Ausdruck für stammen aus der Reaktionsgleichung. Aus lässt sich die molare Löslichkeit berechnen. Durch den Vergleich von Ionenprodukt und Löslichkeitsprodukt kannst Du vorhersagen, ob ein Niederschlag entsteht. Temperatur, pH-Wert, Eigenionen und weitere Reaktionen können die Löslichkeit beeinflussen.
Einzelnachweise
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was beschreibt das Löslichkeitsprodukt? (Das Gleichgewicht zwischen einem schwer löslichen Salz und seinen gelösten Ionen) (!Die Geschwindigkeit jeder beliebigen chemischen Reaktion) (!Die Dichte eines ungelösten Feststoffs) (!Die Masse des verwendeten Lösungsmittels)
Welche Stoffart erscheint nicht als veränderliche Konzentration im Ausdruck des Löslichkeitsprodukts? (Ein reiner Feststoff) (!Ein gelöstes Kation) (!Ein gelöstes Anion) (!Ein hydratisiertes Ion)
Welcher Ausdruck gilt für Silberchlorid? (KL gleich Konzentration der Silberionen mal Konzentration der Chloridionen) (!KL gleich Konzentration der Silberionen plus Konzentration der Chloridionen) (!KL gleich Konzentration von Silberchlorid im Feststoff) (!KL gleich Konzentration der Silberionen geteilt durch die Chloridionenkonzentration)
Was bedeutet ein Ionenprodukt kleiner als das Löslichkeitsprodukt? (Die Lösung ist ungesättigt) (!Es muss sofort ein Niederschlag entstehen) (!Die Lösung ist immer übersättigt) (!Der Feststoff kann sich grundsätzlich nicht lösen)
Was ist bei einem Ionenprodukt größer als das Löslichkeitsprodukt zu erwarten? (Eine Fällung ist begünstigt) (!Die Lösung bleibt sicher ungesättigt) (!Das Salz verdampft) (!Das Lösungsmittel wird fest)
Wie wirkt ein bereits vorhandenes gemeinsames Ion meist auf die Löslichkeit eines schwer löslichen Salzes? (Die Löslichkeit nimmt ab) (!Die Löslichkeit wird unendlich groß) (!Das Löslichkeitsprodukt wird bei gleicher Temperatur null) (!Die Ionen verlieren ihre Ladung)
Welche Exponenten stehen beim Löslichkeitsprodukt von Silbercarbonat Ag2CO3? (Quadrat bei der Silberionenkonzentration und erste Potenz bei der Carbonationenkonzentration) (!Erste Potenz bei beiden Ionenkonzentrationen) (!Dritte Potenz bei beiden Ionenkonzentrationen) (!Quadrat nur bei der Carbonationenkonzentration)
Was kennzeichnet ein dynamisches Löslichkeitsgleichgewicht? (Lösen und Fällung laufen gleich schnell ab) (!Alle Teilchen stehen vollständig still) (!Es befindet sich kein Feststoff im Gefäß) (!Die Temperatur steigt ständig an)
Wie berechnet sich die molare Löslichkeit eines Salzes vom Typ AB in reinem Wasser? (Als Quadratwurzel aus dem Löslichkeitsprodukt) (!Als doppeltes Löslichkeitsprodukt) (!Als Kehrwert des Löslichkeitsprodukts) (!Als Summe der molaren Massen)
Warum kann eine Säure die Löslichkeit vieler Metallhydroxide erhöhen? (Weil sie Hydroxidionen aus dem Gleichgewicht entfernt) (!Weil sie jedes Metall in ein Edelgas umwandelt) (!Weil sie das Löslichkeitsprodukt immer auf null setzt) (!Weil sie den Feststoff ohne Reaktion verdampft)
Memory
| Löslichkeitsprodukt | Gleichgewichtskonstante einer gesättigten Salzlösung |
| Ionenprodukt | Produkt der aktuell vorhandenen Ionenkonzentrationen |
| Sättigung | Zustand bei maximaler Gleichgewichtskonzentration |
| Fällung | Bildung eines schwer löslichen Feststoffs |
| Eigenioneneffekt | Verringerte Löslichkeit durch ein gemeinsames Ion |
| Bodensatz | Ungelöster Feststoff am Gefäßboden |
| Molare Löslichkeit | Gelöste Stoffmenge pro Liter |
| Übersättigung | Zustand mit thermodynamisch zu hoher Ionenkonzentration |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Beschreibung |
|---|---|
| Ungesättigte Lösung | Ionenprodukt kleiner als Löslichkeitsprodukt |
| Gesättigte Lösung | Ionenprodukt gleich Löslichkeitsprodukt |
| Übersättigte Lösung | Ionenprodukt größer als Löslichkeitsprodukt |
| Silberchlorid | Weißer Niederschlag |
| Blei-II-iodid | Gelber Niederschlag |
| Kupfer-II-hydroxid | Blauer Niederschlag |
Kreuzworträtsel
| Sättigung | Wie heißt der Zustand einer Lösung im Löslichkeitsgleichgewicht? |
| Bodensatz | Wie nennt man den ungelösten Feststoff am Gefäßboden? |
| Fällung | Wie heißt die Bildung eines schwer löslichen Feststoffs aus einer Lösung? |
| Chlorid | Welches Ion bildet mit Silberionen einen weißen Niederschlag? |
| Gleichgewicht | Welcher Zustand liegt vor, wenn Lösen und Kristallisieren gleich schnell ablaufen? |
| Eigenioneneffekt | Wie heißt die Löslichkeitsabnahme durch ein bereits vorhandenes gemeinsames Ion? |
LearningApps
Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Begriffsnetz Löslichkeitsprodukt: Erstelle ein Begriffsnetz mit den Wörtern Salz, Ion, Sättigung, Gleichgewicht, Niederschlag und Löslichkeitsprodukt.
- Teilchenbild: Zeichne eine gesättigte Salzlösung mit Bodensatz und kennzeichne Lösen und Fällung durch Pfeile.
- Medienanalyse Fällung: Beschreibe an einem der Bilder im aiMOOC, woran Du die Bildung eines Niederschlags erkennst.
- Formelsammlung: Gestalte eine übersichtliche Lernkarte mit den Ausdrücken für AgCl, CaF2 und Ag2CO3.
Standard
- Rechenweg erklären: Erkläre in eigenen Worten, warum für AgCl die Beziehung s gleich der Quadratwurzel aus KL gilt.
- Fällungsprognose: Entwickle drei Beispiele für Ionenprodukte und entscheide jeweils, ob die Lösung ungesättigt, gesättigt oder übersättigt ist.
- Experiment planen: Plane unter Aufsicht einer Lehrkraft einen sicheren Chloridnachweis und formuliere Beobachtung, Ionengleichung und Entsorgungshinweis.
- Erklärvideo: Produziere ein zweiminütiges Lernvideo zum Unterschied zwischen Löslichkeit, Löslichkeitsprodukt und Ionenprodukt.
Schwer
- Eigenioneneffekt untersuchen: Entwirf eine Versuchsreihe, mit der sich der Einfluss verschiedener Chloridkonzentrationen auf die Löslichkeit von Silberchlorid untersuchen ließe.
- Modellkritik: Untersuche, wann die Näherung mit Konzentrationen statt Aktivitäten problematisch wird, und stelle Deine Ergebnisse in einem Kurzvortrag vor.
- Umweltfallstudie: Recherchiere, wie pH-Wert und Fällung die Mobilität eines Metallions in Gewässern beeinflussen können.
- Digitale Simulation: Entwickle eine Tabellenkalkulation, die für Salze verschiedener Stöchiometrie aus KL die molare Löslichkeit berechnet und QL mit KL vergleicht.


Lernkontrolle
- Transfer Fällungsgrenze: Zwei Lösungen werden in unterschiedlichen Volumenverhältnissen gemischt. Entwickle einen allgemeinen Rechenweg, mit dem Du entscheidest, ab welchem Mischungsverhältnis ein Niederschlag entsteht.
- Vergleich zweier Salze: Erkläre anhand selbst gewählter Beispiele, warum das Salz mit dem kleineren Löslichkeitsprodukt nicht zwingend die kleinere molare Löslichkeit besitzt.
- pH und Metallhydroxid: Begründe auf Teilchenebene und mit einer Gleichung, wie eine pH-Absenkung die Löslichkeit eines Metallhydroxids verändern kann.
- Fehleranalyse: Eine Schülerin setzt die Masse des Bodensatzes in die Gleichung für KL ein. Analysiere den Denkfehler und formuliere eine korrekte Lösungsidee.
- Trennverfahren: Plane eine selektive Fällung zweier Metallionen und erläutere, welche Daten Du dafür benötigst.
- Alltagsbezug: Übertrage das Konzept des Löslichkeitsgleichgewichts auf Kalkablagerungen, Zahnmineral oder Kristallbildung und benenne Grenzen des Modells.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:
- das dynamische Löslichkeitsgleichgewicht fachsprachlich erklären kannst.
- aus einer Reaktionsgleichung den korrekten Ausdruck für entwickelst.
- die molare Löslichkeit für unterschiedliche Salzstöchiometrien berechnest.
- beim Mischen von Lösungen die Verdünnung berücksichtigst.
- mithilfe von und eine Fällung vorhersagst.
- den Eigenioneneffekt mit dem Prinzip von Le Chatelier begründest.
- den Einfluss von Temperatur und pH-Wert qualitativ beurteilst.
- Rechenwege nachvollziehbar dokumentierst und Ergebnisse auf Plausibilität prüfst.
- Sicherheits- und Entsorgungsregeln bei Fällungsreaktionen beachtest.
- das Modell auf neue chemische oder umweltbezogene Situationen überträgst.
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