Mischungseffekte in Salzlösungen
Experimente:
Versuch: Siedepunktserhöhung
Versuch: Gefrierpunktserniedrigung von Salzlösungen
Versuch: Volumenveränderung beim Lösen von Salz
Versuch: Die Masse von Wasser nimmt beim Lösen zu
An Salzlösungen lassen sich einfach, aber exemplarisch Einblicke in die Physikalische
Chemie gewinnen. Dazu gehören mischungsbedingte Wechselwirkungen von Stoffen und ihren Teilchen.
Löst man ein Salz in Wasser oder in einer Schmelze, so treten aufgrund der Wechselwirkungen
zwischen dem Lösemittel und dem gelösten Stoff bestimmte, auch für die Umwelt wichtige
Effekte auf.
Da diese Effekte von der Teilchenzahl abhängen, spricht man von kolligativen Eigenschaften (lat. colligare; verbinden, zusammenwirken). Man definiert deshalb auch molare Eigenschaften (bezogen auf einmolare Lösungen). Dabei tut man so, als fänden keine Wechselwirkungen zwischen den Teilchen statt. Man spricht dann von molaren Eigenschaften bei unendlicher Verdünnung. Deshalb sind das alles Theoriewerte - die manche Lehrer, die das nicht wissen, oder Schüler, die eine unbetreute Facharbeit zu diesem Thema erstellen müssen, zur Weißglut treiben - weil sie diese in unsäglich vielen Doktorarbeiten ermittelten Werte mit ihren einfachen Methoden niemals reproduzieren können.
Siedepunktserhöhung (Dampfdruckerniedrigung)
Salzwasser siedet bei höherer Temperatur als reines Wasser. Oder: Es hat einen niedrigeren
Dampfdruck. Der Grund: Die gelösten Stoffe halten die Wassermoleküle in der Lösung fest.
Daher muss mehr Energie als normal zugeführt werden, um diese Bindungen zu lösen. Das
Lösemittel verdampft deshalb erst bei höheren Temperaturen.
Der Umfang der Siedepunktserhöhung hängt von der Anzahl der gelösten Teilchen ab. Pro Mol
misst man 0,51 °C.
Gefrierpunktserniedrigung
Salzwasser kann man weit unter 0 °C, dem Gefrierpunkt von reinem Wasser, abkühlen, ohne dass
es gefriert. Der Grund: Eis, das aus Salzwasser auskristallisiert, ist reines Wasser, da es mit
Salzen keine Mischkristalle bildet. Die von den Ionen des gelösten Salzes festgehaltenen
Wassermoleküle werden gehindert, ein Eiskristallgitter aufzubauen. Dies gelingt erst bei
tieferen Temperaturen, da die dann freiwerdende größere Kristallisationsenergie ausreicht, um die
Wassermoleküle aus ihrer Bindung an andere Teilchen zu lösen. Salziges Meerwasser
gefriert deshalb nicht so rasch. Das ist wichtig für das Leben in den Polarmeeren, vor allem an
der Wasser/Eis-Grenze, wo es vor Leben nur so wimmelt.
Der Umfang der Gefrierpunktserniedrigung hängt auch hier von der Anzahl der Teilchen ab.
Pro Mol beträgt sie 1,86 °C.
Volumen- und Dichteeffekte
Beim Lösen bilden sich Hydrathüllen um die Ionen. Durch die Hydrathüllenbildung wird das
Volumen des Wassers vermindert, so dass die Volumenzunahme beim Lösen von Salz in Wasser
wesentlich geringer ist, als man nach dem Volumen des zugegebenen Stoffs erwarten sollte
(-> Versuch). Das hat auch Folgen für die Dichte: Eine Salzlösung ist deshalb
schwerer als reines Wasser (-> Versuch).
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