Lösungen, Salze, Ionen und Elektrolyte

Werbung
Lösungen, Salze, Ionen und Elektrolyte
Lösungen
Eine Lösung ist in der Chemie ein homogenes Gemisch, das aus zwei oder mehr chemisch
reinen Stoffen besteht. Sie enthält einen oder mehrere gelöste Stoffe (die Solute) und ein
Lösungsmittel (das selbst eine Lösung sein kann), meist der Stoff, der in größerer Menge
vorhanden ist. Die Lösung kann fest, flüssig oder gasförmig sein.
Lösungen sind rein äußerlich nicht als solche erkennbar, da sie per definitionem und anders
als Dispersionen nur eine Phase besitzen und die gelösten Stoffe daher gleichmäßig im
Lösungsmittel verteilt sind.
Die Lösungsmittel sind üblicherweise Flüssigkeiten. Die gelösten Stoffe können sein:



gasförmig (z. B. Luftgase wie Sauerstoff und Stickstoff in Wasser, Chlorwasserstoff
oder Ammoniak in Wasser, Kohlenstoffdioxid in Sekt oder Mineralwasser),
flüssig (z. B. Alkohol in Wasser)
fest (z. B. Kochsalz oder Calciumhydrogencarbonat in Wasser)
Ist Wasser das Lösungsmittel spricht man von wässrigen Lösungen; ist Alkohol das
Lösungsmittel spricht man von alkoholischen Lösungen.
Merke
- Eine Lösung ist ein homogenes (gleichartiges) Gemisch von zwei oder
mehreren Arten von Molekülen. Sie entsteht durch Auflösung.
- Das Lösungsmittel ist die Flüssigkeit, in der die Auflösung stattfindet. Es ist
im Allgemeinen in großer Menge vorhanden.
- Die gelöste Substanz wird im Lösungsmittel aufgelöst. Sie ist meist in
geringer Menge vorhanden und kann flüssig oder gasförmig sein, ist
häufiger jedoch fest.
Merke
- Wenn das Lösungsmittel Wasser ist, wird dies als wässrige Lösung
bezeichnet.
- Ist das Lösungsmittel Alkohol, spricht man von einer alkoholischen Lösung.
Merke
- Ist die Lösung ein Gemisch aus Wasser und Alkohol, handelt es sich um eine
hydroalkoholische Lösung.
- Wenn die gelöste Substanz, die dem Lösungsmittel zugesetzt wird, eine
Konzentration erreicht, bei der sie sich nicht mehr löst, spricht man von einer
gesättigten Lösung.
Handout Chemie
Seite 1 von 6
Salze
Salze sind chemische Verbindungen, die aus positiv geladenen Ionen, den sogenannten
Kationen und negativ geladenen Ionen, den sogenannten Anionen aufgebaut sind. Zwischen
diesen Ionen liegen ionische Bindungen vor. Fast alle Verbindungen mit diesem Bindungstyp
nennt man Salze. Bei anorganischen Salzen werden die Kationen häufig von Metallen und die
Anionen häufig von Nichtmetallen oder deren Oxiden gebildet. Als Feststoff bilden sie
gemeinsam ein Kristallgitter. Als organische Salze bezeichnet man alle Verbindungen, bei
denen mindestens ein Anion oder Kation eine organische Verbindung ist. Verbindungen, bei
denen alle Kationen bzw. alle Anionen von Protonen (H+) oder Hydroxiden (OH−) gebildet
werden, nennt man nicht Salze, da ihre Wirkung als Säure bzw. Base im Vordergrund steht.
Eigenschaften von Salzen


Viele Salze sind bei Raumtemperatur Feststoffe mit relativ hohen
Schmelzpunkten. Etliche Salze sind recht hart und spröde und haben glatte
Bruchkanten bei mechanischer Bearbeitung. Diese Eigenschaften sind recht
typisch für Feststoffe, die durch ein Ionengitter aufgebaut sind und daher
Kristalle bilden. Aber nicht jeder kristalline Stoff ist ein Salz. So bildet Zucker
(Saccharose) auch Kristalle, hat aber kein Ionengitter und zählt nicht zu den
Salzen.
Zahlreiche Salze sind löslich in Wasser und fast immer unlöslich in organischen
Lösungsmitteln. Bei wasserlöslichen Salzen überwindet das Wasser die
Gitterenergie des Ionengitters durch Hydratisierung. Ist die Hydrationsenergie
ähnlich groß oder größer als die Gitterenergie, ist das Salz mäßig oder gut
löslich. In Lösungen sind die einzelnen Ionen von Wassermolekülen recht eng
und intensiv ummantelt. Als Reaktion wird dies in der Chemie oft so
dargestellt:
NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq)

Handout Chemie
Das (s) weist auf einen Feststoff hin und (aq) markiert, dass das Ion hydratisiert
vorliegt.
Das Lösen von Salzen in Wasser kann den pH-Wert der jeweiligen Lösung
verändern. Beeinflusst das Salz den Wert nicht, spricht man von neutralen
Salzen. Zu den neutralen Salzen zählt auch das Natriumchlorid. Andere Salze
heben oder senken den pH-Wert. Man spricht von basischen bzw. sauren
Salzen. Wie ein bestimmtes Salz reagiert, lässt sich nur schwierig aus der
Zusammensetzung der Verbindung abschätzen. Grundsätzlich gilt jedoch:
Anionen (Säurereste) von starken Säuren reagieren meist neutral. Säurereste
von schwachen Säuren reagieren meist basisch. Beispielhaft für Salze, von
denen mehrprotonige Säuren bekannt sind, ist das Verhalten der Phosphate.
Seite 2 von 6

Trockene Salzkristalle sind elektrische Isolatoren. Salzschmelzen und wässrige
Lösungen leiten hingegen den elektrischen Strom aufgrund ihrer frei
beweglichen Ionen als Ladungsträger; sie sind Elektrolyte.
Kurzfassung Salze
Der Begriff Salz ist in der Chemie eine Sammelbezeichnung für die ionisch
aufgebauten Verbindungen, die durch die Kombination von Anionen und
Kationen entstehen. Diese bilden ein sog. Ionengitter.
Oft entstehen Salze beim Zusammenführen von Säuren und Basen: z. B.
Salzsäure (HCl) plus Natronlauge (NaOH) gibt Kochsalz (NaCl) und Wasser (H2O).
Die Salze bilden meist spröde, teilweise leicht spaltbare Kristalle aus. Viele lösen
sich in Wasser mehr oder weniger leicht und bilden dabei – aufgrund ihrer
elektrolytischen Dissoziation in Anionen und Kationen – elektrisch leitfähige
Lösungen, die Elektrolyte genannt werden.
Handout Chemie
Seite 3 von 6
Ionen
Ein Ion [i ̯oːn] (von altgr. ἰών bzw. ἰόν ión, „gehend“) ist ein elektrisch geladenes Atom oder
Molekül. Es enthält mindestens einen positiv geladenen Atomkern. Dessen oder deren
Ladung entspricht der Zahl der enthaltenen Protonen. Daneben kann ein Ion Elektronen
enthalten. Die nach außen wirksame, beobachtbare Ladung des Ions entsteht durch die
unterschiedlichen Anzahlen von Protonen und Elektronen. Ionen sind durch
Elektronenmangel positiv, oder durch Elektronenüberschuss negativ geladen.
Positiv geladene Ionen werden Kationen, negativ geladene Anionen genannt, da sie jeweils
in einem elektrischen Feld zur Kathode (Minuspol) bzw. zur Anode (Pluspol) wandern.
Bildung von Ionen
Kationen
Positiv geladene Ionen (Kationen) werden gebildet, wenn Atome Elektronen (in der Regel
Außenelektronen) abgeben. Dadurch entsteht ein relativer Überschuss an Protonen (positive
Ladungsträger), der durch die vorhandenen Elektronen (negative Ladungsträger) nicht mehr
ausgeglichen wird – die positiven Ladungen überwiegen, das Ion ist positiv geladen!
Beispiel: Metall-Ionen sind in der Regel positiv geladen.
Gleichung für die Natrium-Ionen-Bildung: Na → Na+ + e−
Gleichung für die Magnesium-Ionen-Bildung: Mg → Mg2+ + 2e−
Anionen
Negativ geladene Ionen (Anionen) werden gebildet, wenn Atome Elektronen aufnehmen.
Dadurch entsteht ein relativer Überschuss an Elektronen (negative Ladungsträger), der durch
die vorhandenen Protonen (positive Ladungsträger) nicht mehr ausgeglichen wird – die
negativen Ladungen überwiegen, das Ion ist negativ geladen.
Beispiel: Nichtmetall-Ionen sind in der Regel negativ geladen.
Gleichung für die Chlorid-Ionen-Bildung: Cl + e− → Cl−
Gleichung für die Sulfid-Ionen-Bildung: S + 2e− → S2−
Bewegliche Ionen bilden sich in der Chemie vor allem spontan bei der Lösung von Salzen in
polaren Lösungsmitteln (Wasser) z. B. NaCl (fest) + H2O → Na+(gelöst) + Cl−(gelöst), z.B. in
den wässrigen Milieus von Zellen und Organismen (Elektrolytlösung). Hier spielen sie eine
entscheidende Rolle für die elektrischen Erscheinungen an Membranen, insbesondere für
die Erregbarkeit (Membranpotential, Aktionspotential).
In reinem Wasser (H2O) liegen ebenfalls Ionen vor, da das Wasser zu einem gewissen Grad in
Ionen dissoziiert (geteilt) vorliegt:
H2O → H+ + OH-bzw. besser formuliert 2 H2O → H3O+ + OH-
Handout Chemie
Seite 4 von 6
Kurzfassung Ionen
Als Ionen werden Atome oder Moleküle bezeichnet, welche nach Abgabe oder
Aufnahme von Elektronen elektrisch geladen sind. Positiv geladene Kationen
bilden sich durch Abgabe von Elektronen, negativ geladene Anionen durch
Aufnahme von Elektronen. Im elektrischen Feld wandern die Kationen zur
negativen Elektrode (Kathode) und die Anionen zur positiv geladenen Elektrode
(Anode).
Merke
Die Eigenschaften der Ionen werden für viele Vorgänge, z. B. kosmetisch für die
Wirkstoffeinschleusung in die Haut (Iontophorese) genutzt.
Handout Chemie
Seite 5 von 6
Elektrolyte
Ein Elektrolyt (von agr. ηλεκτρόν elektron, „Bernstein“ i.ü.S „elektrisch“ und agr. λυτικός
lytikós, „auflösbar“) ist ein Stoff, der beim Anlegen einer Spannung unter dem Einfluss des
dabei entstehenden elektrischen Feldes den elektrischen Strom leitet (Leiter 2. Klasse),
wobei seine elektrische Leitfähigkeit und der Ladungstransport durch die gerichtete
Bewegung von Ionen bewirkt wird. Außerdem treten an den Elektroden chemische Vorgänge
auf. Elektrolyte sind wie ionisierte Gase Ionenleiter. Die Leitfähigkeit von Elektrolyten ist
geringer als es für Metalle typisch ist; Metalle werden deshalb als Leiter der 1. Klasse
bezeichnet.
Elektrolyte sind im weitesten Sinne Stoffe, die zumindest teilweise als Ionen vorliegen. Die
wichtigsten Elektrolyte sind demzufolge entweder Säuren, Basen oder Salze. Alle
Flüssigkeiten, die Ionen enthalten, sind Elektrolyte.
Biologische Elektrolyte
Die wichtigsten Ionen biologischer Elektrolyte sind Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium,
Chlorid, Phosphat und Hydrogencarbonat. Sie sind im Cytosol enthalten, und für die
Funktion der Zellen unentbehrlich. Noch weitere Ionen sind als Spurenelemente für die Zelle
notwendig, doch sind die genannten Ionen besonders bedeutend im Hinblick auf das
Elektrolytgleichgewicht der Zelle, da sie bei der Regulierung des osmotischen Drucks eine
herausragende Rolle spielen.
Kurzfassung Elektrolyte
Unter Elektrolyse versteht man die Zersetzung einer Verbindung durch
elektrischen Strom. Sie kann nur bei Verbindungen angewendet werden, die aus
Ionen aufgebaut sind, denn für die Durchführung der Elektrolyse benötigt man
bewegliche Ladungsträger (sonst kann der Strom nicht fließen).
Die Elektrolyse in wässriger oder kolloidaler (gelartiger) Lösung ist die Methode
der Iontophorese. Hier gibt es eine bewegliche oder bei Körperbehandlung fest
fixierbare Arbeitselektrode (Kathode, Minuspol) und eine am Körper zu
fixierende Gegenelektrode (Anode, Pluspol), die dazu dient, den Stromkreis zu
schließen.
Handout Chemie
Seite 6 von 6
Herunterladen
Random flashcards
Medizin

5 Karten Sophia Gunkel

Laser

2 Karten anel1973

Erstellen Lernkarten