13.3: Lösungen von in Wasser gelösten Feststoffen – Herstellung von Kandiszucker
Wie die Temperatur die Löslichkeit beeinflusst
Die Löslichkeit eines Stoffes ist die Menge dieses Stoffes, die erforderlich ist, um eine gesättigte Lösung in einer bestimmten Menge Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur zu bilden. Die Löslichkeit wird oft in Gramm des gelösten Stoffes pro 100 Gramm 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 werden die Löslichkeit von Stoffen in Wasser als Lösungsmittel betrachten.
Die Löslichkeit der meisten festen Stoffe nimmt mit steigender Temperatur zu. Dieser 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 in Abhängigkeit von der Temperatur, veranschaulicht werden (Abbildung \(\PageIndex{4}\)).
Beachten Sie, dass die Temperaturabhängigkeit von \(\ce{NaCl}\) ziemlich flach ist, was bedeutet, dass eine Erhöhung der Temperatur relativ wenig Einfluss auf die Löslichkeit von \(\ce{NaCl}\) hat. Die Kurve für \(\ce{KNO_3}\) hingegen ist sehr steil, so dass ein Temperaturanstieg die Löslichkeit von \(\ce{KNO_3}\) drastisch erhöht.
Einige Substanzen – \(\ce{HCl}\), \(\ce{NH_3}\) und \(\ce{SO_2}\) – haben eine Löslichkeit, die mit steigender Temperatur abnimmt. Bei Standarddruck sind sie alle Gase. Wenn ein Lösungsmittel mit einem darin gelösten Gas erwärmt wird, steigt die kinetische Energie sowohl des Lösungsmittels als auch des gelösten Stoffes. Da die kinetische Energie des gasförmigen gelösten Stoffes zunimmt, haben seine Moleküle eine größere Tendenz, der Anziehung der Lösungsmittelmoleküle zu entkommen und in die Gasphase zurückzukehren. Daher nimmt die Löslichkeit eines Gases mit steigender Temperatur ab.
Mit Hilfe von Löslichkeitskurven lässt sich feststellen, ob eine bestimmte 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. Nach der Löslichkeitskurve wird sich etwa \(48 \: \text{g}\) von \(\ce{KNO_3}\) bei \(30^\text{o} \text{C}\) lösen. Dies bedeutet, dass die Lösung gesättigt sein wird, da \(48 \: \text{g}\) kleiner ist als \(80 \: \text{g}\). Wir können auch feststellen, dass \(80 – 48 = 32 \: \text{g}\) an ungelöstem \(\ce{KNO_3}\) am Boden des Behälters verbleibt. Nehmen wir nun an, dass diese gesättigte Lösung auf \(60^\text{o} \text{C}\) erhitzt wird. Nach der Kurve beträgt die Löslichkeit von \(\ce{KNO_3}\) bei \(60^\text{o} \text{C}\) etwa \(107 \: \text{g}\). Nun ist die Lösung ungesättigt, da sie nur die ursprüngliche \(80 \: \text{g}\) gelöste Substanz enthält. Nehmen wir nun an, die Lösung wird bis auf \(0^\text{o} \text{C}\) abgekühlt. Die Löslichkeit bei \(0^\text{o} \text{C}\) beträgt etwa \(14 \: \text{g}\), was bedeutet, dass \(80 – 14 = 66 \: \text{g}\) des \(\ce{KNO_3}\) rekristallisieren wird.