Praktikumsrelevante Themen

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1 Praktikumsrelevante Themen Lösungen Der Auflösungsprozess Beeinflussung der Löslichkeit durch Temperatur und Druck Konzentration von Lösungen Dampfdruck, Siede- und Gefrierpunkt von Lösungen Lösungen von schwer löslichen Verbindungen (Löslichkeitsprodukt) Fällungsreaktionen 1

2 Begriffe Löslichkeit Konzentration Gesättigte Lösung maximale Stoffmenge, die sich bei gegebenem p und T in bestimmten Lösungsmittel (Solvens) löst Stoffmenge des gelösten Stoffes in einem bestimmten Volumen (in Mol pro Liter) Lösung befindet sich im Gleichgewicht mit Bodenkörper Übersättigte Lösung Höhere Konzentration als in gesättigter Lösung metastabil Regel Ähnliches löst sich in Ähnlichem, z. B. polare Stoffe (Salze, Säuren, Basen) in Wasser oder flüssigem NH 3 Alkohol in Wasser Zucker in Wasser Jod in organische Stoffe in organischen Lösungsmitteln 2

3 Der Auflösungsprozess Auflösung eines Ionenkristalls in Wasser (z. B. KCl oder BeSO 4 ) Bildung hydratisierter Ionen Lösung von Methanol in Wasser Wassertoffbrückenbindungen 3

4 Der Auflösungsprozess Energetische Betrachtung Gitterenthalpie Hydratationsenthalpie Lösungsenthalpie (meist klein) Enthalpie bei einer chemischen Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Energie (bei kostantem Druck) Lösungsenthalpie positiv (endotherm) oder negativ (exotherm) für ionische Stoffe im allgemeinen negativ für Gase für unpolare molekulare Verbindungen positiv 4

5 Abhängigkeit der Löslichkeit von der Temperatur Lösungsvorgang endotherm Zunahme der Löslichkeit mit steigender Temperatur (die meisten Ionenverbindungen und organischen Festkörper) Lösungsvorgang Abnahme der Löslichkeit mit steigender Temperatur exotherm (Gase, wenige Ionenverbindungen, z. B. Li 2 CO 3, AgF, Na 2 SO 4 ) Gesättigte Lösung mit Bodenkörper Prinzip von Le Chatelier Übt man auf ein im Gleichgewicht befindliches chemisches System einen Zwang aus, so verändert es sich so, dass es dem Zwang ausweicht. Es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein. Beispiel: Temperaturerhöhung bei einem endothermen Löseprozess System weicht durch Enthalpieaufnahme aus es geht mehr Feststoff in Lösung 5

6 Abhängigkeit der Löslichkeit vom Druck Prinzip von Le Chatelier Druckerhöhung System weicht durch Verkleinerung des Volumens aus (Löslichkeit von Gasen steigt mit dem Druck) Henry-Dalton-Gesetz: c = K p Konzentration des gelösten Gases proportional zum Partialdruck über der Lösung Nur gültig für verdünnte Lösungen, kleine Drucke und Gase, die nicht mit Lösungsmittel reagieren (z. B. nicht für wässrige Lösunen von HCl oder NH 3 ) Anwendung: Atemluft für Taucher enthält Helium statt Stickstoff, da He im Blut weniger löslich als N 2 6

7 Anteile gelöster Stoffe Massenanteil der Komponente A (Massenbruch) Masseprozent = w i 100 % Stoffmengenanteil (Molenbruch) Molprozent = x i 100 % Volumenanteil (Volumenbruch, vorzugsweise bei Gasen) Volumenprozent = ϕ i 100 % 7

8 Rechenbeispiel Eine Lösung enthält 36,5 g HCl und 36 g Wasser. Wie groß sind die Stoffmengenanteile? 1)Umrechnen der Massen in Mol 2) Ausrechnen der Stoffmengenanteile 8

9 Konzentration von Lösungen Stoffmengenkonzentration Gelöste Stoffmenge eines Stoffes X in einem bestimmten Volumen Lösung (SI-Einheit: mol/m 3, üblich sind mol/l) [mol l -1 ] [g cm -3 ] Massenkonzentration β ( X ) = m( X ) V ( Lösung) Volumenkonzentration σ ( X ) = V ( X ) V ( Lösung) Molalität 9

10 Konzentration von Lösungen Rechenbeispiel 1 Welche Molalität hat eine 10 %ige Traubenzuckerlösung? M(C 6 H 12 O 6 ) = 276 g/mol Wieviel g konzentrierte HNO 3 (70 %ig) werden benötigt um 250 ml einer Lösung mit einer Stoffmengenkonzentration von c = 2 mol/l herzustellen? Welches Volumen an 70%iger HNO 3 braucht man? (Dichte ρ = 1,42 g/ml) 10

11 Konzentration von Lösungen Rechenbeispiel 2 Wie stellt man 1 kg 15 %ige Schwefelsäure unter Verwendung konzentrierter (96 %) Schwefelsäure her? Masseprozent = w i 100 % Niemals umgekehrt! Erst das Wasser, dann die Säure, sonst passiert das Ungeheure! 11

12 Konzentration von Lösungen II Äquivalentmasse und Normallösungen (Maßlösungen) Für Reaktionen muß man die Menge der reagierenden (ausgetauschten) Teilchen kennen (z. B. Protonen bei Säure-Base-Titrationen oder Elektronen bei Redox- Reaktionen) H 2 SO NaOH 2 H 2 O + Na 2 SO 4 1 H OH - 1 H 2 O Äquivalentzahl z: Zahl der für die Reaktion maßgeblichen Teilchen (hier H + und OH - ) z = 2 für H 2 SO 4 z = 1 für NaOH Äquivalentkonzentration = (1/z) Stoffmengenkonzentration 1 1 c ( X ) = c( X ) z z Normallösung von H 2 SO 4 mit einer Äquivalentkonzentration von 0,1 mol/l: 1 c( H 2 2 SO 4 ) = 0,1 mol/l c(h + ) = 0,1 mol/l 1 c(h 2 SO 4 ) = 0,1 mol/l = 0,05 mol/l 2 12

13 Konzentration von Lösungen Rechenbeispiel 3 Wie stellt man 1 l einer Maßlösung der Äquivalentkonzentration c(½ H 2 SO 4 ) = 0,1 mol/l unter Verwendung von 15 %iger Schwefelsäure her? c(½ H 2 SO 4 ) = ½ c(h 2 SO 4 ) Für eine Äquivalentkonzentration von 0,1 mol/l brauchen wir eine Stoffmengenkonzentration von 0,05 mol/l, da jedes Mol H 2 SO 4 2 mol Protonen freisetzt 1) Bestimmung der Dichte der 15 %igen Schwefelsäure 2) Berechnung der Masse an H 2 SO 4 in 1 l 3) Berechnung der Konzentration 4) Berechnung der notwendigen Menge an 15 %iger H 2 SO 4, die für die Herstellung von 1l einer Lösung mit c = 0,05 mol/l nötig ist Einfüllen in 1l-Maßkolben, auffüllen mit dest. Wasser bis zur Marke 13