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Gesättigte Lösungen und Löslichkeit 08:07 min

Textversion des Videos

Transkript Gesättigte Lösungen und Löslichkeit

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um gesättigte Lösungen und Löslichkeit. Es ist der 1. Film zum Thema heterogene Gleichgewichte. Als Vorkenntnisse solltet Ihr das Wissen der Filme über die Erscheinungsformen der Materie besitzen. Mein Ziel ist es Euch in diesem Video grundlegende Kenntnisse über Lösungen zu vermitteln. Der Film ist in 7 Abschnitte gegliedert. 1. Lösungen 2. gesättigte Lösungen 3. Flüssigkeiten 4. Gase 5. Taucherkrankheit 6. Löslichkeit und Polarität 7. hydrophil und hydrophob

  1. Lösungen Lösungen sind Stoffgemische von festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen in einem Lösungsmittel (Solvens). Wenn die Auflösung vollständig erfolgt, erhält man ein homogenes System. Das bedeutet, man erhält eine Phase. Homogen bedeutet, dass an jeder Stelle des Stoffgemisches die gleichen Eigenschaften vorherrschen.

  2. Gesättigte Lösungen Stellen wir uns vor wir haben ein Gefäß, welches wir mit einer gewissen Menge an festem Kochsalz befüllen. Zu dem Kochsalz geben wir Wasser. Das Kochsalz ist der zu lösende Stoff. Es ist fest. Das Wasser ist das Lösungsmittel. Das Solvenz. Nehmen wir an, dass so viel Kochsalz vorhanden ist, das auch nach längerem Stehen immer zwei homogene Phasen vorhanden sind. Die obige Phase 1 und die Phase darunter 2. Phase 1 ist eine gesättigte Kochsalzlösung. Phase 2 ist festes Kochsalz. Da wir es hier mit mehr als einer Phase zu tun haben, handelt es sich um ein sogenanntes heterogenes System. An der grün markierten Phasengrenze herrscht ein Phasengleichgewicht. Solvatisiertes, das heißt, in Phase 1 gelöstes Kochsalz steht im Gleichgewicht mit festem Kochsalz aus Phase 2. Jeder Feststoff hat in einem Lösungsmittel eine bestimmte Löslichkeit. Diese wird in mol/l oder g/l angegeben. 358 g Kochsalz lösen sich in 1 l Wasser. Dieser Wert gilt für 20 °C.

  3. Flüssigkeiten Am interessantesten sind Flüssigkeiten, die begrenzt miteinander mischbar sind, wie Wasser und Ether. Entsprechend der Dichten befindet sich die wässrige Phase unten die Etherphase oben. Wieder haben wir hier 2 Phasen, 1 und 2. Damit handelt es sich um ein heterogenes System. In Phase 1 ist der Wasseranteil größer als der Etheranteil. In Phase 2 überwiegt der Anteil des Ethers über den Anteil des Wassers. Auch hier bildet sich an der Phasengrenze ein Gleichgewicht heraus. Es ist etwas komplizierter zu Formulieren, aber auch das gelingt uns. Wasser aus Phase 1 und Ether aus Phase 1 stehen im Gleichgewicht mit Wasser aus Phase 2 und Ether aus Phase 2. Natürlich gibt es auch homogene Systeme, wo nur eine Phase vorliegt. Ethanol und Wasser sind dafür ein Beispiel. Beide sind unbegrenzt miteinander mischbar.

  4. Gase Betrachten wir nun den Fall, wo ein Gas in einer Flüssigkeit gelöst werden soll. In ein Gefäß mit Wasser wird Kohlenstoffdioxid eingeleitet. Zunächst wird die gesamte Menge an Kohlenstoffdioxid vom Wasser aufgenommen. Es existiert im Ganzen nur eine Phase. Das System ist homogen. Am Ende des Röhrchens fängt es an zu blubbern, ein Zeichen dafür, dass das Lösungsmittel Wasser kein Kohlenstoffdioxid mehr aufnehmen kann. Es haben sich nun 2 Phasen herausgebildet. Wir haben es mit einem heterogenen System zu tun. Bei 1 bar und 20 °C lösen sich in 1 l Wasser 860 ml Kohlenstoffdioxid. Das entspricht 1690 mg. Unter den gleichen Bedingungen lösen sich in 1 l Wasser 27 ml Sauerstoff. Das entspricht 43,4 mg. Für die Löslichkeit gilt: Bei Druckerhöhung steigt sie, bei Temperaturerhöhung fällt sie.

  5. Taucherkrankheit Taucher leben gefährlich, aber nur dann, wenn sie einige Sicherheitsvorkehrungen nicht einhalten. Seltsamerweise ist das Abtauchen der weniger gefährliche Akt des Tauchens. Der zunehmende Druck unter Wasser führt dazu, dass sich ein gewisser Teil des Stickstoffs der an der Luft mit dem Blut nicht in Berührung kommt, sich in diesem auflöst. Beim Auftauchen und vor allem beim schnellen, kommt es dazu, dass der im Blut gelöste Stickstoff blasen bildet. So ähnlich, als wenn man eine Sprudelflasche öffnet. Es kommt zu Gasembolie mit äußerst fatalen Folgen, bis hin zum Tode. Verhindern kann man diesen Vorgang durch sehr langsames Auftauchen. Je tiefer der Taucher sich unter Wasser befand, umso langsamer muss er auftauchen. Zusätzlich und alternativ kann man ein Sauerstoff-Helium-Gemisch als Atemluft verwenden. Helium löst sich bedeutend schlechter im Blut und es kommt nicht zur Taucherkrankheit. Sauerstoff-Helium-Gemische sind zum Atmen auch für Asthmatiker geeignet.

  6. Löslichkeit und Polarität Ob eine Substanz mit einer anderen mischbar ist hängt vor allem davon ab, ob diese Substanz unpolar oder polar ist. Das wiederum ist abhängig davon, ob die Substanz über polare Gruppen verfügt. Natürlich ist eine Substanz nur dann polar, wenn sie über polare Gruppen verfügt und genauso ist sie unpolar, wenn sie wenige oder keine polaren Gruppen besitzt. Folgerichtig sind Hexan und Benzol unpolare Verbindungen. Polare Gruppen und die entsprechenden Verbindungsklassen sind: Hydroxygruppe OH - Alkohole, Aminogruppe NH2 - Amine, Carboxigruppe COOH - Carbonsäure. Hexan und Benzol sind geeignet, um Lipide zu lösen. Nimmt man zu den polaren Verbindungen noch Wasser hinzu, so hat man eine Reihe polarer Verbindungen, die in der Lage sind Salze und Aminosäuren zu lösen. Grundsätzlich kann man sagen, wir merken uns: Gleiches löst sich in Gleichem.

  7. Hydrophil und hydrophob Anstelle der Begriffe unpolar und polar für chemische Verbindungen werden in der Biochemie und Medizin alternativ auch andere Begriffe verwendet. Für unpolar sagt man häufig auch hydrophob, bedeutet Wasser abweisend. Hydrophil für polar, das bedeutet Wasser liebend. Man kann die Sache auch von der Seite der Fette betrachten oder der Lipide. Dann bedeutet unpolar - hydrophob - lipophil, Fett liebend. Umgekehrt wird für polar und hydrophil auch häufig der Begriff lipophob, das heißt Fett abweisend verwendet. Es ist ganz wichtig und wir wollen uns merken: Unpolar, hydrophob, lipophil heißt H2O abstoßend, Fett liebend. Und andersherum bedeutet polar, hydrophil, lipophob, H2O liebend, Fett abstoßend.

Ich danke für Eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

2 Kommentare
  1. Die Frage ist zu umfangreich gestellt. Gib bitte Klassenstufe/Ausbildungsgang an und ich antworte.

    Von André Otto, vor fast 5 Jahren
  2. Welche Verbindungen in der Anorganik sind Wasserlöslich und welche nicht? Muss die auswendig lernen.

    Von Lea Seyda, vor fast 5 Jahren

Gesättigte Lösungen und Löslichkeit Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Gesättigte Lösungen und Löslichkeit kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere den Begriff: Lösung.

    Tipps

    Das Salzwasser zum Nudelnkochen ist zum Beispiel eine Lösung.

    Lösung

    Lösungen sind homogene Gemische. Das bedeutet, es lässt sich keine zweite Komponente in ihr erkennen. Sie bestehen aus einem Lösungsmittel, dem Solvens, und dem gelösten Stoff. Im Lösungsmittel können Feststoffe, Flüssigkeiten oder auch Gase gelöst sein. Ein Beispiel für eine Lösung ist das Nudelwasser, in dem der Feststoff Kochsalz $(NaCl)$ gelöst ist.

  • Bestimme, welche Wörter den Begriffen „polar“ und „unpolar“ entsprechen.

    Tipps
    • Hydro- bedeutet Wasser.
    • Lipo- bedeutet Fett.
    Lösung

    Wasser ist ein polares Lösungsmittel. Daher werden Stoffe, die polar sind und sich somit gut in Wasser lösen, als hydrophil bezeichnet, also als „Wasser liebend“. Fette lösen sich nicht in Wasser. Polare Stoffe aus Sicht der Fette betrachtet sind dann also lipophob („Fett abweisend“). Andersherum können unpolare Stoffe auch als lipophil oder hydrophob bezeichnet werden.

  • Ordne folgende Stoffe entsprechend ihrer Löslichkeit in Wasser.

    Tipps

    Gleiches löst sich in Gleichem.

    Wasser ist ein polares Lösungsmittel.

    Lösung

    Die Löslichkeit der Verbindungen in Wasser hängt stark von der Polarität ab. Wasser ist ein polares Lösungsmittel.

    Moleküle mit funktionellen Gruppen, wie der Hydroxygruppe, sind stark polar und lösen sich daher gut in Wasser. Ethanol ist unbegrenzt löslich, wohingegen Butanol nur begrenzt löslich in Wasser (80 g/l) ist. Grund dafür ist die länger werdende Alkylkette. Je länger die unpolare Alkylkette am Molekül, desto weniger relevant ist der Einfluss der polaren Hydroxygruppe auf das Molekül. Die Folge ist eine immer schlechtere Löslichkeit in Wasser.

    Bei Estern lässt sich auch eine begrenzte Löslichkeit in Wasser feststellen. Die Estergruppe $(-COO-)$ hat gegenüber den funktionellen Gruppen der Ausgangsstoffe (Alkohol $-OH$, Carbonsäure $-COOH$) einen geringeren polaren Charakter. Auch hier verringert sich die Löslichkeit noch zusätzlich durch lange Alkylketten. Die hier gezeigte Esterverbindung hat eine Löslichkeit von 6,3 g/l.

    Am schlechtesten der hier gezeigten Beispiele löst sich Benzol. Gerade mal 1,77 g lösen sich in einem Liter Wasser.

  • Entscheide, ob folgende Gemische heterogen oder homogen sind.

    Tipps

    Schau dir die Gemische an und entscheide, ob du verschiedene Phasen erkennen kannst.

    • hetero- bedeutet verschieden
    • homo- bedeutet gleich
    Lösung

    Ob ein Gemisch homogen oder heterogen ist, erkennst du daran, dass sich unterschiedliche Phasen bilden.

    In einer Lösung können grundsätzlich Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase gelöst sein. Löst sich der gesamte Stoff, liegt eine homogene Mischung vor.

    Ist die Lösung gesättigt, kann nichts mehr vom gelösten Stoff aufgenommen werden. Wird weiter etwas vom Stoff hinzugefügt, bilden sich zwei Phasen. Bei Flüssigkeiten lässt sich deutlich eine zweite Schicht auf oder unter dem Lösungsmittel feststellen. Bei Feststoffen lässt sich am Gefäßboden ungelöster Feststoff erkennen. Bei Gasen erkennst du, dass das Gas nicht mehr gelöst werden kann, daran, dass es in kleinen Bläschen nach oben steigt.

    Lassen sich also solche zwei Phasen erkennen, spricht man von einem heterogenen Gemisch.

  • Erkläre folgenden Versuch.

    Tipps

    Warum sprudelt Mineralwasser, wenn du es öffnest?

    Lösung

    Mineralwasser wird das Gas Kohlenstoffdioxid zugesetzt. Da sich nur ein Teil des Gases im Wasser lösen kann, entweicht ungelöstes Gas, wenn du die Flasche öffnest oder etwas in ein Glas gießt. Die Löslichkeit von Gasen wird durch eine Temperaturerhöhung noch zusätzlich verschlechtert. Wird also das Reagenzglas mit dem Mineralwasser erwärmt, verringert sich die Löslichkeit des $CO_2$ und es können aufsteigende Gasbläschen beobachtet werden.

  • Entscheide, worin sich folgende Stoffe gut lösen.

    Tipps

    Gleiches löst sich in Gleichem.

    Lösung

    Pentan ist ein unpolares Lösungsmittel und Wasser ist ein sehr polares Lösungsmittel. Dementsprechend lösen sich polare Verbindungen in Wasser und unpolare Verbindungen im Pentan.

    Im Pentan lösen sich also Hexan, Benzol und Fette besonders gut. Im Wasser lösen sich Salze, wie das Eisen(III)chlorid, die auf Grund ihrer Ionenbindung sehr polar sind. Aber auch Essigsäure ist durch ihre funktionelle Gruppe ein polares Molekül, genau wie Ethanol. Zuckermoleküle besitzen eine Reihe von OH-Gruppen am Molekül und sind daher auch polar und gut in Wasser löslich.