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Praktikumsversuch Lösungswärme

Lösungswärme - Beschreibung des Lösungsvorgangs

Lösungs- und Solvatationswärme

Salze kristallisieren in Ionengittern, die hauptsächlich durch Coulomb-Anziehung zwischen Anionen und Kationen zusammengehalten werden (Abb. 1). Bei der Auflösung des Kristalls in Wasser treten die Wassermoleküle mit den Ionen in Wechselwirkung, wie dies in Abb. 1 skizziert wird. Die ionischen Bindungen des Gitters werden unter Aufwendung von Energie aufgebrochen, was durch die Schwächung der Coulombanziehung infolge der hohen Dielektrizitätskonstante des Wassers erleichtert wird. Um die gelösten Ionen bildet sich unter Energiegewinn (v.a durch Ion-Dipol-Wechselwirkung) eine Solvathülle aus (Abb. 2), während gleichzeitig unter Energieaufwand in der Flüssigkeit Hohlräume für die Ionen geschaffen werden müssen. Der resultierende Energiegewinn wird als Solvatationsenergie bezeichnet. Die Summe aus Gitterenergie und Solvatationsenergie ist die beobachtete molare Lösungswärme.

Abb.1
Abb. 1: Ionengitter des NaCl mit angedeuteten Wechselwirkungen mit dem Wasser.
Abb.2
Abb. 2: Solvathülle des Na+- und des Cl--Ions

Die Lösungswärmen von Salzen sind klein im Vergleich zu den Gitter- und Hydratationsenthalpien und teils endotherm, teils exotherm, je nachdem ob die Gitterenergie oder die Hydratationsenthalpie überwiegt.

Sowohl Gitter- als auch Hydratationsenergie nehmen mit abnehmendem Radius und zunehmender Ladung der Ionen zu (innerhalb einer Periode des Periodensystems nimmt daher die Hydratationsenthalpie nach rechts zu, während sie innerhalb einer Gruppe nach unten abnimmt). Sind Anion und Kation annähernd gleich groß, so überwiegt meist die Abnahme der Gitterenergie mit zunehmendem Radius, die Lösungswärme nimmt also zu. Bei Verbindungen mit relativ großen Anionen (Sulfate, Phosphate und Carbonate) verändert sich jedoch die Gitterenergie nur wenig mit der Größe der Kationen, so dass dann die Hydratationsenthalpie den Haupteinfluss auf die Lösungswärme hat. Die Lösungswärme nimmt in diesem Fall also mit zunehmender Größe des Kations deutlich ab.

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