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Transkript Löslichkeitsprodukt – Einführung

Herzlich willkommen zum Thema Löslichkeitsprodukt. Das Löslichkeitsprodukt beruht im Wesentlichen auf dem Massenwirkungsgesetz und mithilfe des Löslichkeitsproduktes ist es z. B. möglich, Fragen zu beantworten, wie: Welche Masse eines bestimmten Salzes wird sich in einem bestimmtem Volumen Wasser lösen. Also wir können gewissermaßen Aussagen darüber treffen, welche Mengen an Salzen sich im Lösungsmittel Wasser lösen werden. Weiterhin können wir aber auch Fragen beantworten, wie z.B. Welcher pH-Wert ist notwendig, um bestimmte Metallionen, bspw. in der Abwasserreinigung in Form von Metallhydroxiden, auszufällen. So etwas ist also auch möglich. Dann natürlich über ein, zwei Umwege. Mit solchen Sachen können wir uns dann aber in Aufgabenvideos beschäftigen. Hier in diesem Einführungsvideo soll es erst einmal um die Berechnung des Löslichkeitsproduktes und um ein, zwei Grundlagen gehen. Ich hatte schon gesagt, das Löslichkeitsprodukt beruht im Wesentlichen auf dem Massenwirkungsgesetz. Massenwirkungsgesetze fordern Gleichgewichtsreaktionen voraus und wir wollen uns demzufolge einfach einmal anschauen, was denn hier überhaupt für eine Reaktion und für eine Gleichgewichtsreaktion abläuft. Wir haben also ein Salz, das soll erst einmal ein schematisches Salz sein. Also ein Salz AB. A das soll ein Kation sein, B das sind die Anionen. Dieses Salz AB, das soll erst einmal in fester Form vorliegen. Es wird hier gekennzeichnet mit diesem s. Das wird nun in Wasser gegeben, und solange die Menge groß genug ist und hier dann noch etwas ausfällt am Ende, wird sich hier auch ein Gleichgewicht einstellen. Nämlich eben hier aus der linken Form, der dissoziierten Form. Also hier liegt dann das Salz dissoziiert vor, nämlich in Form von A+Kation, wie eben schon erwähnt, logischerweise B-Anionen. Diese Ionen sind jetzt dissoziiert, also das Salz ist dissoziiert und liegt in ionischer Form vor. Diese Ionen, die werden auch solvatisiert sein, also sind mit einer Nitrathülle umgeben. Das können wir durch diesen Index aq hier verdeutlichen. Und der Vollständigkeit halber, weil wir auf dieser Seite auch Wasser dazugenommen haben, das wurde hier zwar schon berücksichtigt, aber das können wir auch in der Gleichung mit aufschreiben, schreiben wir hier noch einmal Wasser dazu. Jetzt kommt es zur ersten kleinen Vereinfachung. Eben aufgrund des Wassers hier. An der Konzentration des Wassers wird sich hier überhaupt nichts ändern. Also das Wasser, was auf dieser Seite vorlag, das wird im Wesentlichen auf dieser Seite vorliegen. Das bisschen was für die Solvatisierung benötigt wird, das können wir im Grunde vernachlässigen. Und wir können demzufolge die erste Vereinfachung treffen. Wir verfahren hier wie bei einer mathematischen Gleichung, behandeln diesen Gleichgewichtspfeil einfach als Gleichheitszeichen und wir können hier im Grunde einfach das Wasser subtrahieren, also einfach abziehen oder in meinem Fall hier einfach wegwischen. Demzufolge vereinfacht sich diese kleine Rechnung auf die wesentlichen Sachen. Und wie schon gesagt beruht das Löslichkeitsprodukt auf dem Massenwirkungsgesetz. Demzufolge wollen wir das Massenwirkungsgesetz für diese Reaktion hier aufstellen. Also die Gleichgewichtskonstante K= jetzt folgt über dem Bruchstrich das Produkt aus den Ionenkonzentrationen, also die Konzentration von A+ multipliziert mit der Konzentration von B- und das Ganze wird noch einmal geteilt durch die Konzentration der Edukte, also der Ausgangsstoffe. Das ist hier in dem Fall nur das Salz an sich, der Feststoff. Und das können wir dann hier unten hinschreiben. Also wir haben jetzt hier die Gleichgewichtskonstante K für diese Gleichgewichtsreaktion. Und die berechnet sich eben, indem wir die Konzentration der gebildeten Ionen durch die Konzentration des Feststoffes berechnen. Nun ist es natürlich ein bisschen schwierig, die Konzentration des Feststoffes überhaupt zu bestimmen. Der Feststoff ist ja im Grunde nicht gelöst, aber an dieser Konzentration ändert sich ja auch nichts, denn wenn dieses Gleichgewicht eingestellt wird oder eingestellt ist, dann handelt es sich auch hierbei um ein dynamisches Gleichgewicht. D. h, es kommt permanent zur Lösung von neuen Ionen, es kommt aber gleichzeitig auch zur Ausfällung von diesem Salz AB. D. h., an der Konzentration, bzw. an der Masse dieses Salzes ändert sich überhaupt nichts. Es ändert sich nichts an der Konzentration. Demzufolge können wir diesen Wert hier als konstant betrachten und das bedeutet, dass wir diesen konstanten Wert sowieso schon in diesen sowieso schon konstanten Wert K mit aufnehmen können. War jetzt ein bisschen Kuddelmuddel, was ich sagen wollte, ist im Grunde: Wir müssen bloß mit der Konzentration des Salzes AB multiplizieren. Dann steht die folgende Form da: Wir haben jetzt nur noch die Konzentration der Kationen A multipliziert mit der Konzentration der Anionen B und das ergibt eben K mal die Konzentration des Feststoffes AB. Wie schon gesagt, ist die Konzentration des Feststoffes AB hier als konstant anzunehmen und das bedeutet, wir können diesen Wert hier, diese Konstante mit aufnehmen und dann ergibt sich wieder eine neue Konstante und die bekommt jetzt einfach einen anderen Namen. Die nennen wir jetzt KL oder auch das Löslichkeitsprodukt. Also so können wir das Löslichkeitsprodukt letzten Endes berechnen. Wir müssen hier bei diesen einfachen Salzen aber einfach bloß noch sozusagen das Produkt der Ionenkonzentrationen bilden. Was passiert jetzt, wenn wir ein etwas schwierigeres Salz haben? Darauf können wir auch noch kurz eingehen. Also schwierig soll schwierig im Sinne von stöchiometrisch schwierig bedeuten. Also gehen wir einmal davon aus, dass wir einfach ein Salz A2B3 vorliegen haben, wie z. B. AL2O3 wäre z. B. ein Vertreter davon und da würden sich hier 2 mol A+-Ionen bilden und 3 mol B-Anionen. Wie wird das Ganze jetzt im Löslichkeitsprodukt berücksichtigt? Ganz normal, wie im Massenwirkungsgesetz auch. Die stöchiometrischen Faktoren, die werden hier im Massenwirkungsgesetz oder auch bei der Berechnung des Flüssigkeitsproduktes letzten Endes in Form von Exponenten berücksichtigt. Also dann steht hier da: A+ oder die Konzentration der A-Kationen zum Quadrat multipliziert mit der Konzentration der B-Anionen hoch 3. Also so könnte man das Löslichkeitsprodukt für dieses Salz hier berechnen. Was können wir jetzt über die Konstante KL, also über das Löslichkeitsprodukt, aussagen? Können wir aus bestimmten Zahlenwerten schon irgendwelche Tendenzen voraussagen? Wir können auf jeden Fall sagen, wenn das Löslichkeitsprodukt, also die Kontante KL, relativ groß ist, dann bedeutet das im Umkehrschluss, dass die Konzentrationen der gebildeten Ionen auch ziemlich groß sind. Und das bedeutet im Grunde, dass sich viel von diesem Salz lösen wird und das bedeutet, dass dieses Salz leicht löslich ist. Also große Werte für das Löslichkeitsprodukt KL bedeuten, dieses Salz ist ziemlich leicht im Wasser löslich. Die Umkehrung wäre ein kleines KL. Kleines KL bedeutet, dass natürlich auch hier die Konzentrationen ziemlich klein sind und das bedeutet natürlich auch nur, dass sich nur wenig von dem Salz lösen wird. Anders ausgedrückt: Dieses Salz ist dann schwer löslich. Dann können wir noch kurz darauf eingehen, was es beim Löslichkeitsprodukt für Grenzfälle gibt. Also meistens haben wir für das Löslichkeitsprodukt einen bestimmten Zahlenwert angegeben. Also bspw., ich will es jetzt wirklich ganz allgemein halten, wir haben für das Löslichkeitsprodukt gegeben, das ist ein Wert von 1×102 mol2/l2. Diesen Wert sollen wir jetzt gegeben haben. Und dann könnten wir bspw. die Aussage habe: Wir haben eine Lösung mit Ionen einer bestimmten Konzentration und dann soll ausgerechnet werden, ob sich etwas löst, wie viel sich evtl. löst und es sollen darüber dann sozusagen Aussagen getroffen werden. Wir müssen also dann letztendlich aus den gegebenen Ionenkonzentrationen, also den Konzentrationen von A und B, unser Ionenprodukt berechnen. Und dieses berechnete Ionenprodukt aus den gegebenen Ionenkonzentrationen, das wird dann letztendlich mit dem Löslichkeitsprodukt KL verglichen. Ich kürze das Ionenprodukt jetzt einfach einmal mit IP ab. Also das - mal kurz zum Mitschreiben - IP ist im Grunde einfach noch einmal die Berechnung der Konzentration von A+ und B-, bloß mit unseren tatsächlichen Werten und dieses IP, dieses Ionenprodukt, muss nun mit KL verglichen werden. Da gibt es nun im Wesentlichen 3 Möglichkeiten. Das wäre einmal der Fall, dass das Ionenprodukt kleiner als das Löslichkeitsprodukt ist. Es gibt natürlich dann noch die Möglichkeit, dass das Ionenprodukt genau dem Löslichkeitsprodukt entspricht und es gibt natürlich die Möglichkeit, dass das Ionenprodukt größer als das Löslichkeitsprodukt ist, also dass wir im Grunde mögliche Konzentrationen haben, die in ihrem Produkt dann allerdings größer als das Löslichkeitsprodukt sind. Wir fangen einmal links an. Wir gehen davon aus, dass das Ionenprodukt einen geringeren Wert ergibt, als das Löslichkeitsprodukt. Das bedeutet im Umkehrschluss nur, dass die Konzentrationen auch nur geringer sind, als sie das eigentlich sein könnten und das bedeutet, wir könnten im Grunde noch mehr lösen, wäre noch mehr Stoff sozusagen vorhanden. Demzufolge ist die Lösung noch nicht an ihrem Limit und wir haben eine ungesättigte Lösung. Für den Fall, dass das Ionenprodukt identisch mit dem Löslichkeitsprodukt ist, können wir sagen, genau hier ist die Sättigungsgrenze erreicht und wir sprechen hier von einer gesättigten Lösung. In dieser Lösung wird sich also kein weiteres Salz mehr lösen, es gibt allerdings auch noch keinen Niederschlag, also es ist noch kein Feststoff irgendwo feststellbar oder zu beobachten. Und der letzte Fall betrifft das Ionenprodukt, wenn es größer als das Löslichkeitsprodukt ist, also wenn das Produkt der möglichen Ionenkonzentration einfach größer ist, als das Löslichkeitsprodukt, dann sprechen wir von einer sogenannten übersättigten Lösung. Und das bedeutet im Grunde: In dieser Lösung wird sich kein weiteres Salz mehr lösen und wir können hier das Ausfallen von Feststoff beobachten. Also die Lösung ist schon so weit übersättigt, dass es einfach schon zur Ausfällung von in dem Fall unserem Salz AB in Form von Feststoff, also in Form von Bodensatz o. ä. kommt. Gut, das soll das Einführungsvideo zum Thema Löslichkeitsprodukt gewesen sein. Wie gesagt, es folgt noch eine Ergänzung in Form von Aufgaben. Da wird das Ganze auch hoffentlich ein bisschen klarer. Ich hoffe, es war halbwegs anschaulich und wünsche noch viel Spaß beim Chemielernen.

Informationen zum Video
4 Kommentare
  1. Default

    Bon

    Von Julius W., vor 9 Monaten
  2. Default

    Gibt es auch eine Aufgabe für den Fall, dass die Konzentrationen ungleich sind?
    Bsp Ag2SO4 ---> 2Ag(+) + So4(²-)
    pKL= 5.11
    lg

    Von Fabiogreco, vor fast 2 Jahren
  3. Default

    Ne, kannst du nicht. Stehe zu deinen peinlichen Kommentaren!!!

    Von Mustafa G., vor fast 2 Jahren
  4. Lucas

    Kann ich zeitleistenkommentare auch wieder löschen?

    Von Lucas B., vor etwa 7 Jahren