Lösungsenthalpie
Die Lösungsenthalpie oder Lösungswärme bzw. Lösungskälte ist die Änderung der Enthalpie beim Auflösen eines Stoffes in einem Lösungsmittel. Die Enthalpie ist - wenn man von Volumenänderungen, also mechanischer Arbeit gegen den Luftdruck absieht - gleich der Energie.
Die Lösungsenthalpie kann:
- negativ sein, d. h. die Lösung wird wärmer: Der Lösungsvorgang ist exotherm, Energie wird frei (z. B. beim Lösen von Natriumhydroxid in Wasser). In diesem Fall sinkt die Löslichkeit beim Erhitzen;
- nahezu null sein, d. h. die Temperatur bleibt gleich (z. B. Natriumchlorid in Wasser). In diesem Fall ist die Löslichkeit nahezu unabhängig von der Temperatur;
- positiv sein, d. h. die Lösung kühlt sich ab: Der Lösungsvorgang ist endotherm, Energie wird aufgenommen (z. B. Ammoniumnitrat in Wasser). In diesem Fall wird die Löslichkeit beim Erhitzen größer.
Die Lösungsenthalpie setzt sich (hier am Beispiel eines Salzes) zusammen aus:
- der Gitterenergie des zu lösenden Stoffes
- der Bindungsenergie des Lösungsmittels
- der Solvatationsenergie, d. h. der Energie, die bei der Anlagerung von Lösungsmittelteilchen an die Teilchen des aufgelösten Stoffs frei wird
Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel wird neben der Lösungsenthalpie auch von der Lösungsentropie bestimmt.
Beispiel für einen Lehrversuch
In drei mit gleich temperiertem Wasser gefüllten Reagenzgläsern werden folgende Chemikalien gelöst:
- 1. Reagenzglas: Ammoniumnitrat
- 2. Reagenzglas: Natriumchlorid
- 3. Reagenzglas: Natriumhydroxid
Folgende Temperaturveränderungen sind in den Reagenzgläsern zu beobachten:
- Die Temperatur im ersten Reagenzglas sinkt, der Lösungsvorgang ist endotherm.
- Die Temperatur im zweiten Reagenzglas bleibt etwa gleich, exotherme und endotherme Anteile sind ungefähr gleich groß. (Tatsächlich ist der Vorgang geringfügig endotherm)
- Die Temperatur im dritten Reagenzglas steigt, der Lösungsvorgang ist exotherm.
Wenn man sich die endotherme und die exotherme Reaktion bei diesem Versuch genauer anschaut, kann man erkennen, dass in diesem Fall die endotherme Reaktion die Zerstörung der Verbindungen zwischen den Anionen (negativ geladen) und den Kationen (positiv geladen) bedeutet. Im ersten Schritt werden also die Verbindungen zerstört, das heißt, die sich anziehenden Teilchen voneinander getrennt. Energetisch gesehen ist dieser Vorgang endotherm, da gegen die Anziehungskräfte der Teilchen gearbeitet wird.
Der zweite der beiden Teilvorgänge ist die Hydratation. Dabei lagern sich die polaren Wassermoleküle (Dipole) an die "noch freien" Anionen und Kationen an. Energetisch gesehen ist dieser Vorgang exotherm, da die Teilchen sich aufgrund ihrer Ladung freiwillig anziehen. Aus all diesen Vorgängen und Reaktionen setzt sich die Lösungswärme zusammen.
Siehe auch
Weblinks
Verzeichnis von Nachschlagewerken und Datenbanken mit Lösungsenthalpien