Wie die Temperatur die Löslichkeit beeinflusst
Die Löslichkeit einer Substanz ist die Menge dieser Substanz, die benötigt wird, um eine gesättigte Lösung in einer bestimmten Menge Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur zu bilden. Die Löslichkeit wird oft als Gramm gelöster Stoff pro \ (100 \: \ text {g} \) Lösungsmittel gemessen. Die Löslichkeit von Natriumchlorid in Wasser beträgt \(36,0 \: \text{g}\) pro \(100 \: \text{g}\) Wasser bei \(20^\text{o} \text{C}\). Die Temperatur muss angegeben werden, da die Löslichkeit mit der Temperatur variiert. Bei Gasen muss auch der Druck angegeben werden. Die Löslichkeit ist spezifisch für ein bestimmtes Lösungsmittel. Wir betrachten Löslichkeit des Materials im Wasser als Lösungsmittel.
Die Löslichkeit der meisten festen Substanzen nimmt mit steigender Temperatur zu. Der Effekt ist jedoch schwer vorherzusagen und variiert stark von einem gelösten Stoff zum anderen. Die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit kann mit Hilfe einer Löslichkeitskurve, einem Diagramm der Löslichkeit gegenüber der Temperatur, visualisiert werden (siehe Abbildung unten).
Beachten Sie, dass die Temperaturabhängigkeit von \(\ce{NaCl}\) ziemlich flach ist, was bedeutet, dass eine Temperaturerhöhung relativ wenig Einfluss auf die Löslichkeit von \(\ce{NaCl}\) hat. Die Kurve für \(\ce{KNO_3}\) ist dagegen sehr steil und so erhöht ein Temperaturanstieg die Löslichkeit von \(\ce{KNO_3}\) dramatisch.
Mehrere Substanzen – \(\ce{HCl}\), \(\ce{NH_3}\) und \(\ce{SO_2}\) – haben eine Löslichkeit, die mit steigender Temperatur abnimmt. Sie sind alle Gase bei Normaldruck. Wenn ein Lösungsmittel mit einem darin gelösten Gas erhitzt wird, nimmt die kinetische Energie sowohl des Lösungsmittels als auch des gelösten Stoffes zu. Wenn die kinetische Energie des gasförmigen gelösten Stoffes zunimmt, neigen seine Moleküle stärker dazu, der Anziehungskraft der Lösungsmittelmoleküle zu entkommen und in die Gasphase zurückzukehren. Daher nimmt die Löslichkeit eines Gases mit steigender Temperatur ab.
Löslichkeitskurven können verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine gegebene Lösung gesättigt oder ungesättigt ist. Angenommen, \(80 \: \text{g}\) von \(\ce{KNO_3}\) wird zu \(100 \: \text{g}\) Wasser bei \(30^\text{o} \text{C}\) hinzugefügt. Entsprechend der Löslichkeitskurve löst sich ungefähr \(48 \: \text{g}\) von \(\ce{KNO_3}\) bei \(30^\text{o} \text{C}\). Dies bedeutet, dass die Lösung gesättigt ist, da \(48 \: \text{g}\) kleiner als \(80 \: \text{g}\) ist. Wir können auch feststellen, dass es \(80 – 48 = 32 \: \ text {g}\) von ungelöstem \(\ce{KNO_3}\), das am Boden des Containers verbleibt. Angenommen, diese gesättigte Lösung wird auf \(60^\text{o} \text{C}\) erhitzt. Entsprechend der Kurve beträgt die Löslichkeit von \(\ce{KNO_3}\) bei \(60^\text{o} \text{C}\) etwa \(107 \: \text{g}\). Jetzt ist die Lösung ungesättigt, da sie nur die ursprüngliche \ (80 \: \ text {g}\) des gelösten gelösten Stoffes enthält. Angenommen, die Lösung ist vollständig auf \ (0 ^ \text {o} \text {C} \) abgekühlt. Die Löslichkeit bei \(0^\text{o} \text{C}\) ist ungefähr \(14 \: \text{g}\), was bedeutet, dass \(80 – 14 = 66 \: \ text{g}\) des \(\ce{KNO_3}\) rekristallisiert.