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Lösungen

Löslichkeit

Die Löslichkeit flüssiger Stoffe ineinander beziehungsweise von Flüssigkeiten untereinander wird primär von Art und Ausmaß der zwischen den Molekülen möglichen Wechselwirkungen bestimmt.

Unpolare Flüssigkeiten
Bei Flüssigkeiten mit Molekülen vergleichbarer Molekülgröße und ohne permanentes Dipolmoment sind die Wechselwirkungen relativ gering (z.B. CCl4 oder CS2). Ihr Dampfdruck ist dementsprechend hoch, und die Flüssigkeiten sind leicht flüchtig. Ähnliches gilt für die Kohlenwasserstoffe wegen ihrer sehr schwachen polarisierten C-H-Bindungen. Hexan löst sich gut in anderen unpolaren Flüssigkeiten wie in Kohlenwasserstoffen und Halogenkohlenwasserstoffen. Denn hier sind die Wechselwirkungen von vergleichbarer Art und Stärke.
Polare Flüssigkeiten
Flüssigkeiten mit polaren Molekülen unterliegen hingegen den Anziehungskräften permanenter Dipole, die für kleine Moleküle stärker sind als die induzierten Dipole. Dies gilt in besonderem Maße für Wasser, aber auch für niedrige Alkohole. Die Wechselwirkungen bestehen hier in der Ausbildung von Wasserstoff-Brücken. In Wasser sind polare Flüssigkeiten wie niedrige Alkohole gut löslich. Die Moleküle des einfachsten Alkohols, des Methanols, bilden über ihre OH-Gruppen Wasserstoff-Brücken. Methanol und Wasser mischen sich in jedem Verhältnis.

Wasserstoff-Brücken zwischen Methanol-Molekülen

Auch Ethanol und die isomeren Propanole mischen sich noch in jedem Verhältnis mit Wasser. Isomere Butanole sind nur noch begrenzt in Wasser löslich und mit steigender Zahl von Kohlenstoff-Atomen nimmt die Löslichkeit immer weiter ab. Durch den wachsenden Kohlenwasserstoff-Rest nimmt die Polarität der Alkohol-Moleküle ab.

Mischen von polaren mit unpolaren Flüssigkeiten
Polare und unpolare Flüssigkeiten sind im Allgemeinen nicht oder nur geringfügig mischbar, das heißt ihre wechselseitige Löslichkeit ist gering: Kohlenwasserstoffe (z.B. Hexan) lösen sich kaum in Wasser und umgekehrt. Die Ursache für dieses Verhalten ist darin zu sehen, dass der Zusammenhalt der Wasser-Moleküle über starke Wasserstoff-Brücken energetisch einen günstigeren Zustand darstellt als eine homogene Mischung, in der ein Großteil der Wasserstoff-Brücken zugunsten von schwächeren Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen H2O- und Hexan-Molekülen getrennt werden müsste. Die energetisch günstigeren Wasserstoff-Brücken des Wassers werden nicht zugunsten der schwächeren Wechselwirkungen H2O/Hexan aufgegeben. Die Hexan-Moleküle bilden eine eigene Phase. Dass sich trotzdem ein geringer Anteil von Hexan (0,53 %) in Wasser löst, ist darauf zurückzuführen, dass nicht nur energetische Gesichtspunkte eine Rolle spielen, sondern eine Lösung einen geringeren Ordnungsgrad, das heißt eine geringere Entropie1) besitzt als zwei getrennte Phasen.

Wasser und Speiseöl

Beide Flüssikeiten werden in ein Becherglas gegeben.

Es bilden sich zwei Phasen, ....

... die sich nicht miteinander mischen.

Polare und unpolare Flüssigkeiten sind im Allgemeinen nicht oder nur geringfügig mischbar.

Abb.

Wasser und Speiseöl

Abb.

Beide Flüssikeiten werden in ein Becherglas gegeben.

Abb.

Es bilden sich zwei Phasen, ....

Abb.

... die sich nicht miteinander mischen.

Abb.
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Polare und unpolare Flüssigkeiten sind im Allgemeinen nicht oder nur geringfügig mischbar.

Lösungsvermittler
Mischt man einem zweiphasigen Gemisch aus einer polaren und einer unpolaren Flüssigkeit eine dritte Flüssigkeit mittlerer Polarität zu, so erhöht sich die wechselseitige Löslichkeit bis hin zur vollständigen Vermischung. Der zugesetzte Stoff wirkt dann als Lösungsvermittler. So setzt man vorzugsweise im Winter dem Tankstellenbenzin Isopropanol zu, damit etwa an der Tankwandung gebildetes Kondenswasser keine eigene Phase bildet.

Zusammenfassung

Allgemein lässt sich sagen, dass sich unpolare Stoffe bevorzugt in unpolaren Lösungsmitteln lösen und polare in polaren. Dieser Grundsatz war als Erfahrung bereits den mittelalterlichen Alchimisten bekannt als "Similia similibus solvuntur: "Ähnliches wird von Ähnlichem gelöst".

1)Allgemein wird thermodynamisch das Verhalten von Systemen stets durch Energie und Entropie gemeinsam bestimmt.
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