9.1: Gemische und Lösungen

Eine Lösung ist ein anderer Name für eine homogene Mischung. Eine Mischung als Material, das aus zwei oder mehr Substanzen besteht. In einer Lösung ist die Kombination so intim, dass die verschiedenen Substanzen auch mit einem Mikroskop nicht vom Sehen unterschieden werden können. Vergleichen Sie zum Beispiel eine Mischung aus Salz und Pfeffer und eine andere Mischung aus Salz und Wasser. In der ersten Mischung können wir leicht einzelne Salzkörner und die Pfefferflecken sehen. Eine Mischung aus Salz und Pfeffer ist keine Lösung. In der zweiten Mischung können wir jedoch, egal wie genau wir hinschauen, keine zwei verschiedenen Substanzen sehen. In Wasser gelöstes Salz ist eine Lösung.

Die Hauptkomponente einer Lösung, das Lösungsmittel genannt, ist typischerweise die gleiche Phase wie die Lösung selbst. Jede Nebenkomponente einer Lösung (und es kann mehr als eine geben) wird als gelöster Stoff bezeichnet. In den meisten Lösungen, die wir in diesem Lehrbuch beschreiben werden, gibt es keine Unklarheit darüber, ob eine Komponente das Lösungsmittel oder der gelöste Stoff ist. Zum Beispiel ist in einer Lösung von Salz in Wasser der gelöste Stoff Salz und Lösungsmittel ist Wasser.

Lösungen gibt es in allen Phasen, und das Lösungsmittel und der gelöste Stoff müssen sich nicht in derselben Phase befinden, um eine Lösung zu bilden (wie Salz und Wasser). Zum Beispiel ist Luft eine gasförmige Lösung von etwa 80% Stickstoff und etwa 20% Sauerstoff, wobei einige andere Gase in viel geringeren Mengen vorhanden sind. Eine Legierung ist eine feste Lösung, die aus einem Metall (wie Eisen) mit einigen anderen darin gelösten Metallen oder Nichtmetallen besteht. Stahl, eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff und kleinen Mengen anderer Metalle, ist ein Beispiel für eine feste Lösung. Tabelle \(\pageIndex{1}\) listet einige gängige Lösungstypen mit Beispielen auf.

Was bewirkt, dass sich eine Lösung bildet? Die einfache Antwort ist, dass das Lösungsmittel und der gelöste Stoff ähnliche intermolekulare Wechselwirkungen haben müssen. Wenn dies der Fall ist, können sich die einzelnen Partikel des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes leicht so innig vermischen, dass jedes Partikel des gelösten Stoffes von Partikeln des gelösten Stoffes umgeben ist und eine Lösung bildet. Wenn jedoch zwei Substanzen sehr unterschiedliche intermolekulare Wechselwirkungen haben, sind große Energiemengen erforderlich, um ihre einzelnen Partikel zur innigen Vermischung zu zwingen, so dass sich keine Lösung bildet. Somit sind zwei Alkane wie n-Heptan, C7H16, und n-Hexan, C6H14, in allen Anteilen vollständig mischbar. Die Moleküle C7H16 und C6H14 sind sich so ähnlich (siehe Abschnitt 4.6), dass es nur vernachlässigbare Unterschiede in den intermolekularen Kräften gibt.

Aus einem ähnlichen Grund ist Methanol, CH3OH, vollständig mit Wasser mischbar. In diesem Fall sind beide Moleküle polar und können Wasserstoffbrückenbindungen untereinander bilden, und so gibt es starke intermolekulare Attraktionen innerhalb jeder Flüssigkeit. Jedoch können sich CH3OH-Dipole mit H2O-Dipolen ausrichten, und CH3OH-Moleküle können Wasserstoff an H2O-Moleküle binden, und so sind die Anziehungskräfte unter unähnlichen Molekülen in der Lösung denen unter ähnlichen Molekülen in jeder reinen Flüssigkeit ähnlich.

Dieser Prozess führt zu einer einfachen Faustregel: Like löst like auf. Sehr polare Lösungsmittel lösen gelöste Stoffe auf, die sehr polar oder sogar ionisch sind. Unpolare Lösungsmittel lösen unpolare gelöste Stoffe auf. Da Wasser polar ist, ist es ein gutes Lösungsmittel für ionische Verbindungen und polare gelöste Stoffe wie Ethanol (C2H5OH). Wasser löst jedoch keine unpolaren gelösten Stoffe wie viele Öle und Fette auf (Abbildung \(\pageIndex{1}\)).

Wir verwenden das Wort löslich, um einen gelösten Stoff zu beschreiben, der sich in einem bestimmten Lösungsmittel auflöst, und das Wort unlöslich für einen gelösten Stoff, der sich nicht in einem Lösungsmittel auflöst. So sagen wir, dass Natriumchlorid in Wasser löslich, aber in Hexan (C6H14) unlöslich ist. Wenn der gelöste Stoff und das Lösungsmittel sowohl flüssig als auch in einem beliebigen Verhältnis löslich sind, verwenden wir das Wort mischbar und das Wort nicht mischbar, wenn dies nicht der Fall ist.

Übung \(\pageIndex{2}\)

Wäre I2 in CCl4 oder H2O löslicher?

Antwort

I2 ist unpolar. Von den beiden Lösungsmitteln ist CCl4 unpolar und H2O ist polar, so dass erwartet wird, dass I2 in CCl4 löslicher ist.