Welche Verbindung der folgenden Paare ist besser löslich in Wasser?
Hallo liebe Community,
am Anfang dachte ich, ich muss die Löslichkeit mathematisch berechnen, aber scheinbar haben die das ohne Mathematik gelöst. Wie erkennt man, welcher Stoff besser löslich ist? Die Stoffe lauten:
a) H3C-OH, H3C-CH3
b) CCl4, NaCl
c) CH3F, CH3Cl
d) N2O, N2
e) NH3, CH4?
Schon mal danke im voraus.
3 Antworten
- CH₃OH ≫ C₂H₆, denn Methanol ist polar und kann H-Brücken zum Wasser bilden (es ist unbegrenzt mit Wasser mischbar), aber Ethan kann nichts davon und löst sich kaum (0.06 g/l).
- CCl₄ ≪ NaCl, denn Tetrachlormethan ist ein unpolares Molekül (0.8 g/l), während sich NaCl als Ionenverbindung ganz gut in Wasser löst (≈340 g/l).
- CH₃F ⪅ CH₃Cl. Beide sind schlecht löslich (2.3 g/l bzw. 5.3 g/l), die Chlorverbindung aber etwas besser, was an der größeren Polarisierbarkeit des Cl-Atoms liegt.
- N₂O > N₂. Beide lösen sich schlecht, aber N₂O (1.5 g/l) hat zumindest ein kleines Dipolmoment, während N₂ (0.02 g/l) völlig unpolar ist und sich fast gar nicht löst.
- NH₃ ≫ CH₄. NH₃ ist polar und kann H-Brücken bilden; daher löst es sich sehr gut (≈300 g/l) in Wasser, während das unpolare Methan grottenschlecht (0.02 g/l) in Wasser löst.
a) Das erste (Methanol) aufgrund der Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
b) Das zweite, da es ein Salz ist und das Ionengitter aufgelöst wird
c) Das erste, Begründung wie bei a
d) Das erste, da es eine Säure ist
e) Das erste, da es eine Base ist
Die Antworten sind sehr qualitativ und nicht mathematisch, sondern beziehen sich auf Elektronegativität, Gleichgewichte, Löslichkeitsprodukte und Säure-Base-Reaktionen
C) Ja, die EN von Flour liegt bei 4, die von Chlor bei 3,1
d) Ja und es ist auch ein permanenter Dipol enthalten, ich denke, dass das entscheident ist
e) Da NH3 (Ammoniak) tetraedisch angeordnet ist (wie eine Pyramide) und von oben ein freies Alektronenpaar drückt. Dieses wird dann durch einen H+ Rumpf an den Ammoniak gebunden, wodurch NH4+ entsteht (Ammonium) und OH- (Hydroxid-Ionen), welches sich beides in Wasser löst.
Seit wann ist d) Distickstoffmonoxid („Lachgas”) eine Säure??
Eine Arrhenius-Säure ist es nicht, weil es in Wasser keine Oxoniumionen bildet.
Eine Brønsted-Lowry-Säure kann es auch nicht sein, weil es gar keinen gebundenen Wasserstoff hat, den das Molekül als Proton abspalten könnte.
Und auch eine Lewis-Säure ist es nicht, weil keins der drei Atome ein Elektronenpaarakzeptor ist (trotz der positiven Formalladung am zentralen Stickstoffatom).
Ergo: Keine Säure...
Naja, formal ist es das Anhydrid der hyposalpetrige Säure (ebenso wie CO das der Ameisensäure). Praktisch tut es aber nichts und löst sich daher auch schlecht, denn mit nur seinem lausigen Dipolmoment von 0.17 D kommt es nicht weit.
Und beim Fluormethan ist der Kollege voll in die Falle getappt.
Hey, danke für die Korrektur, bin noch im Erstsemester. Ich hätte noch die Frage, warum das Flourmethan sich schlechter löst, obwohl Flour elektronegativer ist?
Die EN hilft Dir nicht viel weiter: Beide Verbindungen haben fast genau dasselbe Dipolmoment von ≈1.8 D, also gar nicht wenig, sind aber trotzdem kaum wasserlöslich. Das Chlor ist immerhin ganz gut polarisierbar („weich“).
Fluorierte Kohlenwasserstoffe sind typischerweise in gar nichts gut löslich, weder in polaren und unpolaren Lösungsmitteln, und die Löslichkeit sinkt mit der Anzahl der F-Atome auch noch ab (beim Cl ist es umgekehrt). Das wir üblicherweise mit der Härte der C–F-Bindung begründet, aber wirklich verstanden habe ich es nie.
Du mußt dir die Moleküle einfach mal aufzeichnen oder in Gedanken vorstellen und dann überlegen wie das noch mal mit der Elektronegativität war.
Hinweis: In Wasser lösen sich Moleküle mit Dipol besser als solche die keinen Dipol haben.
Für c): Liegt es einfach nur daran, dass Fluor ein Stückchen elektronegativer ist, als Chlor?
Für d): Aufgrund vom O-Atom ist es eine Säure, oder?
Für e): Wie kann N eine Base sein. wenn es maximal 3-Bindig ist? Oder kann es dennoch ein Proton aufnehmen und somit zu einer korrespondierenden Säure werden?