Löslichkeit und LöslichkeitsproduktVortrag von Carina Dengel und
Nadja Klinger im
Rahmen der Gliederung:
Vom Felsendach der Höhle hängt Ingo Baumgartner Die Entstehung von Tropfsteinen basiert auf dem Löslichkeitsprodukt. 1 Erläuterung des Begriffes Löslichkeit und Darstellung des Lösungsvorganges1.1 LöslichkeitDie Löslichkeit entspricht der maximalen Stoffmenge, die sich bei einer gegebenen Temperatur in einer bestimmten Menge eines gegebenen Lösungsmittels löst. Es handelt sich also um die Konzentration einer gesättigten Lösung. 1.2 Lösungsvorgang eines SalzesKohlenstoffdioxidhaltiges Wasser fließt in einen porösen Kalkstein, der in reinem Wasser schlecht löslich ist. Das Calciumcarbonat (Kalk) wird aufgelöst und es entstehen Ca2+ und 2 HCO3--Ionen. CaCO3 ist auch in Wasser löslich; jedoch nur in kleinen Mengen. (1) CaCO3 + H2O
+ CO2 (2) CaCO3
Beim Lösungsvorgang des Salzes CaCO3 treten die Ionen Ca2+ und CO32- aus dem Kristallgitter in die Lösung über. Der Kristall CaCO3 und die Lösung müssen elektrisch neutral sein. Im Gleichgewichtszustand werden pro Zeiteinheit daher ebenso viele Ionenpaare Ca2+ und CO32- aus der Lösung im Kristallgitter CaCO3 eingebaut, wie aus dem Gitter in Lösung gehen. Die Lösung ist also gesättigt (gelöste Stoffmenge entspricht der maximalen Löslichkeit)
Was geschieht aber, wenn kein Gleichgewichtszustand vorliegt? Man unterscheidet dann zwei verschiedene Fälle:
Versuch zum Löslichkeitsprodukt am Beispiel Calciumcarbonat: CaO + H2O
1. Es entsteht Kohlensäure CO2 + H2O
2. Die Kohlensäure reagiert sofort mit dem Ca(OH)2 zu CaCO3. Der Feststoff fällt aus und trübt die Lösung. Die Lösung ist jetzt übersättigt. Ca(OH)2 + H2CO3
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
2 Das Löslichkeitsprodukt2.1 Herleitung der Formel des Löslichkeitsprodukts aus dem Massenwirkungsgesetz
Bei einer gesättigten Lösung ist die Zahl der Ionen, die in Lösung gehen, gleich der Zahl der Ionen, die an der Kristalloberfläche auskristallisieren. Da ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt, kann man auf die Dissoziation das Massenwirkungsgesetz anwenden:
K: Gleichgewichtskonstante der
Dissoziation Die Aktivitäten müssen verwendet werden, da das Massenwirkungsgesetz interionische Wechselwirkungen nicht berücksichtigt.
a: Aktivität Die Aktivität für Feststoffe beträgt definitionsgemäß 1. Da Calciumcarbonat ein schwer löslicher Stoff ist, ist die Lösung sehr stark verdünnt. In diesem Fall kann man anstatt der Aktivitäten die Konzentrationen für die Berechnung verwenden, da f annähernd den Wert 1 besitzt. Damit ergibt sich für das Löslichkeitsprodukt von Calciumcarbonat folgender Ausdruck:
Allgemeine Schreibweise des Löslichkeitsproduktes:
2.2 Bedeutung des LöslichkeitsproduktesDas Löslichkeitsprodukt beschreibt das heterogene Gleichgewicht zwischen der gesättigten Lösung eines Salzes und und seinem festen Bodenkörper. Zudem ist es temperaturabhängig. Das Löslichkeitsprodukt ist ein Maß für die Löslichkeit einer bestimmten Verbindung: Löslichkeitsprodukt groß
Löslichkeitsprodukt klein
3 Aufgaben und Anwendungen zum LöslichkeitsproduktBsp. 1: Aufgabe. Das Löslichkeitsprodukt von CaCO3 beträgt 4,8*10-9mol2/l2! Wie viel mol bzw. mg CaCO3 lösen sich in einem Liter Wasser?
Bsp. 2: Wasserhärte. Für die Wasserhärte sind v.a. Calcium- und Magnesiumionen verantwortlich. Die Konzentration dieser Kationen bezeichnet man als die Gesamthärte. Die Gesamthärte wird unterschieden in die temporäre Härte (Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonate) und die permanente Härte (Calcium- und Magnesiumsulfate). Hartes Wasser kann den Bedarf an Waschmitteln steigern. In den heute verwendeten Waschmitteln sind daher Entkalker enthalten. Als Entkalker werden heute v.a. Zeolith A und Polyacrylsäuren verwendet. Diese Stoffe binden die Calciumionen und geben dafür Natriumionen frei. Dadurch entfernen sie Calciumionen aus dem Gleichgewicht und verhindern, dass das Löslichkeitsprodukt erreicht wird. Die Dosierung der Waschmittel erfolgt u.a. nach den Härtegraden des verwendeten Wassers. Bsp. 3: Entstehung von Nierensteinen. Die Nierensteinbildung ist noch nicht vollständig geklärt. Die Steine bestehen aus bestimmten Substanzen, wie Calciumsalzen, Harnsäure, Magnesiumammoniumphosphat, Cystein u.a.. Diese Stoffe liegen normalerweise im Harn in gelöster Form vor. Ist ihre Konzentration dort so hoch, dass ihr Löslichkeitsprodukt überschritten wird, kristallisieren sie aus. An dem Kristallisationskeim lagern sich immer neue Schichten an. So nimmt der Keim an Größe zu. Die Gründe, warum es zu einem verstärkten Auftreten bestimmter Substanzen im Urin kommt, sind vielfältig. Durch die Formel Löslichkeitsprodukt können zum einen die Stoffmengenkonzentrationen der Ionen in einer gesättigten Lösung berechnet werden. Zum anderen kommen die relativen Begriffe "löslich" und "unlöslich" und deren Variationen, wie z.B. "sehr leicht löslich" mit konkreten Zahlenwerten in Verbindung. Download: Loesegleichgewicht, animiert, ppt 79k 4 Literatur
E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de |
Ca2+ + 2 HCO3-
