Praktikumsrelevante Themen

Praktikumsrelevante Themen
Lösungen
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Der Auflösungsprozess
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Beeinflussung der Löslichkeit durch Temperatur und Druck
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Konzentration von Lösungen
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Dampfdruck, Siede- und Gefrierpunkt von Lösungen
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Lösungen von schwer löslichen Verbindungen (Löslichkeitsprodukt)
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Fällungsreaktionen
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Begriffe
Löslichkeit
maximale Stoffmenge, die sich bei gegebenem p und T in
bestimmten Lösungsmittel (Solvens) löst
Konzentration
Stoffmenge des gelösten Stoffes in einem bestimmten
Volumen (in Mol pro Liter)
Gesättigte Lösung
Lösung befindet sich im Gleichgewicht mit Bodenkörper
Übersättigte Lösung Höhere Konzentration als in gesättigter Lösung
metastabil
Regel x Ähnliches löst sich in Ähnlichem, z. B.
polare Stoffe (Salze, Säuren, Basen)
Alkohol
Zucker
Jod
organische Stoffe
in Wasser oder flüssigem NH3
in Wasser
in Wasser
in
in organischen Lösungsmitteln
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Der Auflösungsprozess
Auflösung eines Ionenkristalls in Wasser (z. B. KCl oder BeSO4)
Bildung hydratisierter Ionen
Lösung von Methanol in Wasser x Wassertoffbrückenbindungen
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Der Auflösungsprozess – Energetische Betrachtung
Gitterenthalpie
Hydratationsenthalpie
Lösungsenthalpie (meist klein)
Enthalpie x
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
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Abhängigkeit der Löslichkeit von der Temperatur
Lösungsvorgang
endotherm
Zunahme der Löslichkeit mit steigender Temperatur
(die meisten Ionenverbindungen und organischen Festkörper)
Lösungsvorgang
exotherm
Abnahme der Löslichkeit mit steigender Temperatur
(Gase, wenige Ionenverbindungen, z. B. Li2CO3, AgF, Na2SO4)
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
x System weicht durch Enthalpieaufnahme aus
x es geht mehr Feststoff in Lösung
Gesättigte Lösung
mit Bodenkörper
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Abhängigkeit der Löslichkeit vom Druck
Prinzip von Le Chatelier
Druckerhöhung x System weicht durch Verkleinerung des Volumens aus
(Löslichkeit von Gasen steigt mit dem Druck)
Henry-Dalton-Gesetz: c = K x 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 NH3)
Anwendung:
Atemluft für Taucher enthält Helium statt
Stickstoff, da He im Blut weniger löslich als N2
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Anteile gelöster Stoffe
Massenanteil der Komponente A (Massenbruch)
Masseprozent = wi x 100 %
Stoffmengenanteil (Molenbruch)
Molprozent = xi x 100 %
Volumenanteil (Volumenbruch, vorzugsweise bei Gasen)
Volumenprozent = ϕi x 100 %
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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
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Konzentration von Lösungen
Stoffmengenkonzentration
Gelöste Stoffmenge eines Stoffes X in einem bestimmten Volumen Lösung
(SI-Einheit: mol/m3, üblich sind mol/l)
[mol x l-1]
Massenkonzentration
β (X ) =
m( X )
V ( Lösung )
[g x cm-3]
Volumenkonzentration
V (X )
σ (X ) =
V ( Lösung )
Molalität
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Konzentration von Lösungen – Rechenbeispiel 1
Welche Molalität hat eine 10 %ige Traubenzuckerlösung ?
M(C6H12O6) = 276 g/mol
Wieviel g konzentrierte HNO3 (70 %ig) werden benötigt um 250
ml einer Lösung mit einer Stoffmengenkonzentration von
c = 2 mol/l herzustellen?
Welches Volumen an 70%iger HNO3 braucht man?
(Dichte ρ = 1,42 g/ml)
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Konzentration von Lösungen – Rechenbeispiel 2
Wie stellt man 1 kg 15 %ige Schwefelsäure unter Verwendung
konzentrierter (96 %) Schwefelsäure her?
Masseprozent = wi x 100 %
Niemals umgekehrt!
Erst das Wasser, dann die Säure, sonst passiert das Ungeheure!
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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 RedoxReaktionen)
H2SO4 + 2 NaOH x 2 H2O + Na2SO4
1 H+ + 1 OH- x 1 H2O
Äquivalentzahl z: Zahl der für die Reaktion maßgeblichen Teilchen (hier H+ und OH-)
z = 2 für H2SO4
z = 1 für NaOH
Äquivalentkonzentration = (1/z) x Stoffmengenkonzentration
1
1
c( X ) = c( X )
z
z
Normallösung von H2SO4 mit einer Äquivalentkonzentration von 0,1 mol/l:
c(
1
H SO4) = 0,1 mol/l
2 2
c(H+) = 0,1 mol/l
c(H2SO4) =
1
x 0,1 mol/l = 0,05 mol/l
2
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Konzentration von Lösungen – Rechenbeispiel 3
Wie stellt man 1 l einer Maßlösung der Äquivalentkonzentration
c(½ H2SO4) = 0,1 mol/l unter Verwendung von 15 %iger
Schwefelsäure her?
c(½ H2SO4) = ½ c(H2SO4)
Für eine Äquivalentkonzentration von 0,1 mol/l brauchen wir eine
Stoffmengenkonzentration von 0,05 mol/l, da jedes Mol H2SO4 2
mol Protonen freisetzt
1) Bestimmung der Dichte der 15 %igen Schwefelsäure
2) Berechnung der Masse an H2SO4 in 1 l
3) Berechnung der Konzentration
4) Berechnung der notwendigen Menge an 15 %iger H2SO4, 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
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