Löseprozess Salze?
1. Stellt man sich das Salz NaCl in einem Ionengitter vor.so wird deutlich, dass hierbei eine regelmäßige Struktur folgt, wobei sich ein Na Kation mit einem CL Anion „abwechselt“. Zu meiner Frage ist die Abwechslung von Anion zu Kation immer in dieser Regelmäßigkeit zu beobachten? Also hat es was mit der Strukturformel zu tun (weil Na und CL in einem Verhältnis von 1 zu 1 sind), oder ist das die „allgemeine“ Vorstellung?
2. Löse Prozess: Durch die Ion-Dipol-Wechselwirkungen werden die Dipol-Moleküle von den Ionen angezogen, wodurch diese sich (je nach ihrer „Teilladung“) den Ionen dementsprechend anordnen. Von Kanten beginnen, werden dann die Anziehungskräfte zwischen den Ionen geschwächt und nach und nach abgespaltet. Zu meiner Frage: Wie genau werden die Ionen „abgespaltet“, werden sie durch die Anziehung der Wassermoleküle angezogen, bzw. „weggezogen“? Zweite Frage: Soweit ich weiß, muss eine Energie aufgebracht werden, die Gitterenergie, um die elektrostatischen Kräfte im Ionengitter zu überwinden. Woher wird diese benötigte Energie genommen? Aus der „Umwelt“? Und wie stellt man sich dann die Abfolge mit den Molekülen vor? Also ziehen die Moleküle diese raus oder bringen irgendwie die Energie rein oder passiert beides?
1 Antwort
Du hast die Ladungen vergessen. Salze sind Ionenverbindungen und Ionen sind geladen.
Die Ionen sind abwechselnd im Ionengitter, da sie geladen sind. Gleiche Ladungen stoßen sich ab. Es kann also kein Na+ sich neben ein Na+ anlagern. Cl- ebenso. Sind die Ladungen ungleich hoch, so ergeben sich entsprechend andere Anordnungen (nicht so wie bei NaCl).
Die Ionen werden beim Lösevorgang nicht weggezogen. Es wird bei der Anlagerung Energie frei, welche zu einer Zunahme der Schwingungsbewegung der Ionen führt. Dabei können sich weitere Lösungsmittelmoleküle an das Ion anlagern, wobei nochmals Energie frei wird ... u.s.w. Die Energie, welche hier frei wird ist die Hydrationsenergie, wenn also die Lösungsmittelmoleküle sich an das Ion durch elektrische Anziehungskräfte anziehen. Energie = Kraft * Weg, mit der Anziehungskraft zwischen Ion und Lösungsmittelmolekül.
Die Gitterenergie (= Kraft * Weg) muss aufgebracht werden, wobei die Kraft hier die Anziehungskraft zwischen den Ionen im Kristallgitter ist. Ist die Gitterenergie kleiner als die Hydrationsenergie, erwärmt sich die Lösung. Die Lösungsmittelmoleküle stoßen die Ionen an, wobei Energie übertragen wird.
Stelle dir das Ganze wie ein Wimmeln von Teilchen vor, welche sich chaotisch bewegen und ständig aneinander stoßen. Es gibt dazu viele Simulationen im Netz.
Sind beide Kräfte etwa gleich, die Gitterenergie aber etwas größer, dann wird beim Lösen Energie aus der Lösung benötigt, welche sich dadurch abkühlt.
Der Energie-Begriff ist nicht ganz einfach. Energie ist aber nicht etwas geisterhaftes, sondern ist immer an Materie gebunden.
Wenn zwei Körper sich anziehen (elektrisch, magnetisch oder sonst wie), dann wird Energie frei.
Energie bei atomaren Partikeln ist Bewegungsenergie, die sich bei freien Partikeln als Translationsbewegung (kinetische Energie) zeigt und bei gebundenen Partikeln als Zitterbewegung. Wenn diese Bewegungsenergie größer ist, als die Bindungsenergie, dann löst sich das Teilchen aus der Bindung.
Beim Lösen eines Kristalls liegen die Ionen zunächst im Ionengitter gebunden vor. Lagern sich Lösungsmittelmoleküle aufgrund der elektrostatischen Anziehung an, so wird etwas Energie frei. Dabei nimmt das Ion diese Energie auf und zittert stärker. Wiederholt sich dieser Vorgang, kann sich je nach Energiebilanz das Ion aus dem Gitter lösen.
Bilanz: Gitterenergie < Hydrationsenergie: --> Salz löst sich auf, Lösung wird wärmer.
Gitterenergie >> Hydrationsenergie: ---> Salz löst sich NICHT auf
Gitterenergie ~ Hydrationsenergie: ---> Salz löst sich langsam auf. Je nach dem, welche Energie etwas größer ist kühlt sich die Lösung ab oder wird etwas wärmer.
Boah, danke! Sehr nachvollziehbar. Lässt sich das auch auf andere "Stoffe" außer Salze anwenden? Also nehmen wir Zucker: würde es sich dann auch erst lösen, wenn durch das Anziehen von den positiven Wasserdipolen so "oft" oder "viel" hydratisierungsenergie frei wird, sodass die Molekülstruktur des Zuckers unstabil wird, bzw deren WW die Moleküle nicht zusammenhält? Unf eine Frage hätte ich noch: Man sagt ja, gleiches löst sich km gleichen. Wovon hängt die jeweils freigesetzt Hydratisierungsenergie ab? Also wenn zwei stark polare Moleküle sich anziehen, wird dann mehr Energie frei als wenn diese schwach polarisiert wären? Weil dadurch verstehe ich den Satz dann meh: wenn beide Moleküle eine starke Polarisierung haben (sodass starke WW herrschen) so reicht die freigesetzt hydratisierungsenrgie aus, um die stark polarisieren Moleküle zum zittern zu bringen und sich auseinander zu "bewegen". Und spielt die Entfernung der Ionen, die hydratisiert werden, eine Rolle: angenommen das Salz ist in der "Mitte" und einzelne Ionen werden nun zum zittern gebracht. Macht es ein Unterschied, wenn die Hydratisierungsenergie von "weiter" weg erreicht als wenn die Hydratisierung direkt neben dem Salz geschieht?
viele Fragen und manches ist noch unklar.
Ja, das lässt sich verallgemeinern. Zucker hat OH-Gruppen, welche polar sind und im Zuckerkristall wechselwirken. Wasser kann diese Gruppen gut hydratisieren, wobei genug Energie frei wird, so dass ich Zucker löst. Zellulose ist jedoch unlöslich, auch wenn die Monosaccharide gleich sind, da sie besser und damit stärker wechselwirken, so dass Lösen nicht klappt.
Ja, je stärker polar eine Gruppe ist, desto mehr Hydrationsenergie wird frei. Du kannst dir das mit Magneten anschaulich machen. Die schwarzen Ferrit-Magnete sind schwächer als die silbrigen Neodym-Magnete. Entsprechend mehr Energie muss man aufwenden, um sie zu trennen. Umgekehrt wird auch mehr Energie frei, wenn sie zusammenknallen. Diese frei werdende Energie kann so groß sein, dass die Magnete dabei zerbrechen oder ein Stück davon abbricht. Daran siehst du, wohin die Energie "geht". Sie wird auf die beteiligten Teilchen übertragen. Das betrifft deinen letzten Satz. Die Hydration wird beim Anziehen von Lösungsmittelmolekül und Ion bei der Bildung der Hydrathülle frei, so wie es knallt, wenn die Magnete zusammen kommen. Da gibt es kein weiter weg oder näher d'ran.
https://www.youtube.com/watch?v=PTQicV7sg7Q&ab_channel=FWU-Bildungsmedien
Kleine Frage hätte ich noch: Wird die Hydratisierungsenergie zwei Mal freigesetzt? Also einmal bei der Anziehung der Wasser Moleküle und dem "knallen" mit dem Ion und bei der "Umrundung" eines Ions durch die Wassermolekple? Ist das nicht irgendwie das Selbe (wird nicht einfach dann Hydratisierungsenrrgie freigesetzt, wenn Wassermoleküle sich an das Ion umgeben?). Und: wie stellt man sich das bei "ok" löslichen Stoffen vor: ist dort die Hydratisierungsenergie und Gitternergie sehr ähnlich, wodurch es alles "langsamer" geschieht? Vielen Dank für deine Erklärungen!
Verstehe es nur so halb: mir war klar, dass sich ein Na+ Ion nicht neben einem Na+ Ion anordnet. Auch weiß ich, wie und wann eine Lösung warm /kalt ist. Die Sache, die ich nicht verstehe ist, woher die Gittenergie kommt? Du meintest die Hydratisierung setzt Energie frei, wodurch das "übrig" gebliebene Iongitter sich bewegt. Aber die Reaktion, das Gitter aufzulösen, ist ja Endotherm. Die freigesetzte Hydrationsenergie ist ja nicht die aufgewendete Gitterernergie? Muss dann nicht das Gitter durch eine "andere" Energie gelöst werden?