Löslichkeitsangaben und Löslichkeit wichtiger Salze
Wie man die Löslichkeitsbegriffe des Arzneibuchs in Zahlen und Ungleichungen übersetzt und welche Calcium-, Barium- und anderen Salze sich in Wasser lösen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Löslichkeitsangaben des Arzneibuchs geben an, wie viele Volumteile (mL) Lösungsmittel man für 1 g Substanz braucht, und ordnen diesem Bedarf feste Begriffe zu.
- Praktisch unlöslich bedeutet \(L < \frac{1\,\mathrm{g}}{10\,000\,\mathrm{mL}}\), also weniger als 0,1 g/L; „mehr als“ wird mit strengem Kleiner-Zeichen übersetzt.
- \(\ce{CaF2}\), \(\ce{Ca3(PO4)2}\), \(\ce{CaC2O4}\) und \(\ce{CaCO3}\) sind schwer löslich, \(\ce{Ca(OH)2}\) löst sich besser, Calciumchlorid und Calciumnitrat sind gut löslich.
- Die Löslichkeit der Erdalkalisulfate fällt von \(\ce{MgSO4}\) über \(\ce{CaSO4}\) und \(\ce{SrSO4}\) zu \(\ce{BaSO4}\), die der Hydroxide steigt; \(\ce{Ba(OH)2}\) löst sich besser als Bariumsulfat, -chromat, -oxalat und -carbonat.
- Alaun, \(\ce{NH4H2PO4}\), Mangan(II)-acetat und \(\ce{NiCl2}\) sind wasserlöslich, Aluminiumoxid ist unlöslich.
Worum es geht
Ob sich ein Stoff in Wasser löst, entscheidet über Herstellung, Prüfung und Wirkung eines Arzneimittels. Das Arzneibuch gibt Löslichkeit deshalb mit festen Begriffen an, die man in Zahlen übersetzen können muss. Dazu kommt Stoffwissen: welche Salze gut löslich sind und welche ausfallen, vom Kalk im Wasserkocher bis zum Bariumsulfat als Röntgenkontrastmittel.
Löslichkeitsangaben des Arzneibuchs
Das Arzneibuch beschreibt die Löslichkeit eines Stoffes mit festen Begriffen. Jeder Begriff steht für einen Zahlenbereich. Die Frage dahinter lautet: Wie viele Volumteile Lösungsmittel braucht man, um 1 g Substanz zu lösen? Ein Volumteil entspricht 1 mL. Die Angaben gelten für 15 bis 25 °C.
| Begriff | Volumteile Lösungsmittel je 1 g | Löslichkeit in g/L |
|---|---|---|
| sehr leicht löslich | weniger als 1 | mehr als 1000 |
| leicht löslich | 1 bis 10 | 100 bis 1000 |
| löslich | 10 bis 30 | etwa 33 bis 100 |
| wenig löslich | 30 bis 100 | 10 bis etwa 33 |
| schwer löslich | 100 bis 1000 | 1 bis 10 |
| sehr schwer löslich | 1000 bis 10 000 | 0,1 bis 1 |
| praktisch unlöslich | mehr als 10 000 | weniger als 0,1 |
Je mehr Lösungsmittel ein Gramm braucht, desto kleiner ist die Löslichkeit. Die beiden Skalen laufen deshalb gegeneinander, wie die Abbildung zeigt.
Von der Angabe zur Ungleichung
Die Löslichkeit \(L\) ist eine Masse pro Volumen. So übersetzt man eine Angabe wie „mehr als 10 000 Volumteile je 1 g“:
- Bruch bilden: Die Masse steht oben, das Volumen unten, also \(\frac{1\,\mathrm{g}}{10\,000\,\mathrm{mL}}\). Die Masseneinheit ist Gramm, nicht Milligramm.
- Richtung umkehren: Mehr Lösungsmittel je Gramm heißt weniger gelöste Masse je Milliliter. Aus „mehr als“ wird deshalb ein Kleiner-Zeichen.
- Streng bleiben: „Mehr als“ schließt die Grenze aus. Es gilt also \(<\) und nicht \(\leq\).
\[L < \frac{1\,\mathrm{g}}{10\,000\,\mathrm{mL}} = 0{,}1\,\mathrm{g/L}\]
Das funktioniert mit jeder Grenze. Braucht ein Stoff mehr als 1000 Volumteile, gilt \(L < \frac{1\,\mathrm{g}}{1000\,\mathrm{mL}}\), also unter 1 g/L. Löst sich 1 g erst in 2500 mL, beträgt \(L = 0{,}4\,\mathrm{g/L}\). Der Stoff ist dann sehr schwer löslich.
„Praktisch unlöslich“ heißt nicht „gar nicht löslich“. Es bedeutet \(L < \frac{1\,\mathrm{g}}{10\,000\,\mathrm{mL}}\) Lösungsmittel.
Calciumverbindungen
Bei den Calciumsalzen bestimmt das Anion, ob sich das Salz löst. Mit großen, einfach geladenen Anionen bildet \(\ce{Ca^2+}\) gut lösliche Salze. Calciumchlorid \(\ce{CaCl2}\) ist gut wasserlöslich und zieht sogar Feuchtigkeit aus der Luft. Calciumnitrat \(\ce{Ca(NO3)2}\) löst sich ebenfalls gut.
Mit kleinen oder mehrfach geladenen Anionen entsteht dagegen ein stabiles Ionengitter. Diese Salze sind schwer löslich:
| Salz | Formel | Bekannt als |
|---|---|---|
| Calciumfluorid | \(\ce{CaF2}\) | Flussspat |
| Calciumphosphat | \(\ce{Ca3(PO4)2}\) | Grundlage des Knochen- und Zahnminerals |
| Calciumoxalat | \(\ce{CaC2O4}\) | häufigster Bestandteil von Nierensteinen |
| Calciumcarbonat | \(\ce{CaCO3}\) | Kalk, Marmor, Antazidum |
Carbonat und Oxalat lösen sich in Säuren, weil die Anionen protoniert werden. Das erklärt die Einheit zur pH-Abhängigkeit der Löslichkeit. Den Nachweis von Calcium als Oxalat findest du bei Calcium und Barium.
Calciumhydroxid \(\ce{Ca(OH)2}\) liegt dazwischen. Mit rund 1,7 g/L bei 20 °C ist es nach Arzneibuch zwar nur schwer löslich. Es löst sich aber deutlich besser als die vier Salze der Tabelle. Seine gesättigte Lösung ist das Kalkwasser. Auch Calciumchromat \(\ce{CaCrO4}\) löst sich spürbar, aber schlechter als Calciumnitrat. Wer Salze unterschiedlicher Formel vergleicht, rechnet über die molare Löslichkeit und nicht direkt über das Löslichkeitsprodukt.
Wird im Examen gerne gefragt: Unter \(\ce{CaF2}\), \(\ce{Ca3(PO4)2}\), \(\ce{CaC2O4}\), \(\ce{CaCO3}\) und \(\ce{Ca(OH)2}\) ist das Hydroxid am besten wasserlöslich. Achte darauf, \(\ce{Ca(OH)2}\) nicht zu den schwerlöslichen Calciumsalzen zu zählen und Chlorid und Nitrat als gut löslich einzuordnen.
Erdalkalisulfate und Bariumverbindungen
Innerhalb der Erdalkalimetalle ändern sich Löslichkeiten systematisch. Bei den Sulfaten fällt die Wasserlöslichkeit von oben nach unten:
\[\ce{MgSO4} > \ce{CaSO4} > \ce{SrSO4} > \ce{BaSO4}\]
Magnesiumsulfat ist gut löslich und wird als Bittersalz zum Abführen verwendet. Calciumsulfat (Gips) löst sich nur wenig, etwa 2 g/L. Bariumsulfat ist extrem schwer löslich. Bei den Hydroxiden läuft der Trend umgekehrt: \(\ce{Mg(OH)2}\) ist schwer löslich, \(\ce{Ba(OH)2}\) löst sich vergleichsweise gut.
Der Grund liegt im Wechselspiel von Gitter- und Hydratationsenergie. Das große Sulfation hält das Gitter fast gleich stark zusammen, egal wie groß das Kation ist. Die Hydratation des Kations wird nach unten aber schwächer, also sinkt die Löslichkeit. Beim kleinen Hydroxidion schwächt sich dagegen das Gitter mit wachsendem Kation stärker ab.
Beim Barium heißt das: Bariumhydroxid ist besser löslich als die schwerlöslichen Bariumsalze. Dazu gehören Bariumsulfat \(\ce{BaSO4}\), Bariumchromat \(\ce{BaCrO4}\), Bariumoxalat \(\ce{BaC2O4}\) und Bariumcarbonat \(\ce{BaCO3}\). Anders als Calciumchromat fällt Bariumchromat also als gelber Niederschlag aus.
Nur \(\ce{BaSO4}\) eignet sich als Röntgenkontrastmittel, denn es löst sich auch in Magensäure praktisch nicht. \(\ce{BaCO3}\) löst sich in Salzsäure und setzt giftige \(\ce{Ba^2+}\)-Ionen frei.
Wasserlösliche Salze und Oxide
Viele Salze im Labor lösen sich problemlos. Einige Faustregeln helfen beim Einordnen. Ammonium- und Alkalisalze, Nitrate und Acetate sind fast immer löslich. Chloride lösen sich meist auch, Ausnahmen sind etwa Silber- und Bleichlorid. Dihydrogenphosphate sind besser löslich als die neutralen Phosphate.
Diese Einordnung solltest du für die folgenden fünf Stoffe sicher können: Die vier Salze lösen sich in Wasser, das Oxid nicht.
| Stoff | Formel | In Wasser | Warum |
|---|---|---|---|
| Aluminiumkaliumsulfat (Alaun) | \(\ce{KAl(SO4)2*12H2O}\) | leicht löslich | Doppelsalz aus zwei löslichen Sulfaten |
| Ammoniumdihydrogenphosphat | \(\ce{NH4H2PO4}\) | löslich | Ammoniumsalz mit einfach geladenem Anion |
| Mangan(II)-acetat | \(\ce{Mn(CH3COO)2}\) | löslich | Acetate sind fast immer löslich |
| Nickel(II)-chlorid | \(\ce{NiCl2}\) | löslich | gehört zu den löslichen Chloriden |
| Aluminiumoxid | \(\ce{Al2O3}\) | unlöslich | sehr stabiles Oxidgitter |
Beim Ammoniumdihydrogenphosphat lohnt der Vergleich mit dem vorigen Abschnitt. Anders als \(\ce{Ca3(PO4)2}\) löst es sich, denn Ammonium und das einfach geladene \(\ce{H2PO4-}\) bilden kein festes Gitter. Alaun gibt eine sauer reagierende Lösung, weil \(\ce{[Al(H2O)6]^3+}\) als Kationsäure wirkt.
Aluminiumoxid ist dagegen in Wasser unlöslich. Das kleine, dreifach geladene \(\ce{Al^3+}\) und das zweifach geladene \(\ce{O^2-}\) bilden ein extrem stabiles Gitter, das Wasser nicht aufbrechen kann. Als Korund ist es eines der härtesten Minerale. In der Analytik dient es als Sorbens für die Säulenchromatographie. Weitere Reaktionen des Aluminiums stehen bei der Identitätsprüfung von Aluminium.
Quiz
Aussage 1
Aluminiumoxid ist wie Aluminiumkaliumsulfat gut wasserlöslich.
Nur Alaun ist leicht löslich. \(\ce{Al2O3}\) ist wegen seines sehr stabilen Gitters in Wasser unlöslich.
Aussage 2
Die Wasserlöslichkeit der Erdalkalisulfate nimmt vom Magnesium zum Barium hin zu.
Sie nimmt ab: \(\ce{MgSO4} > \ce{CaSO4} > \ce{SrSO4} > \ce{BaSO4}\). Zunehmend ist die Löslichkeit der Hydroxide.
Aussage 3
Calciumhydroxid ist in Wasser schlechter löslich als Calciumoxalat.
Umgekehrt: \(\ce{Ca(OH)2}\) löst sich mit etwa 1,7 g/L deutlich besser als das schwerlösliche \(\ce{CaC2O4}\).
Aussage 4
Ammoniumdihydrogenphosphat ist im Gegensatz zu Calciumphosphat wasserlöslich.
Ammoniumsalze mit dem einfach geladenen \(\ce{H2PO4-}\) lösen sich, während \(\ce{Ca3(PO4)2}\) schwer löslich ist.
Aussage 5
Calciumchlorid und Calciumnitrat lösen sich gut in Wasser.
Mit großen, einfach geladenen Anionen wie \(\ce{Cl-}\) und \(\ce{NO3-}\) bildet \(\ce{Ca^2+}\) gut lösliche Salze.
Aussage 6
Die Angabe „mehr als 1000 Volumteile Lösungsmittel je Gramm“ wird korrekt als \(L \leq \frac{1\,\mathrm{g}}{1000\,\mathrm{mL}}\) geschrieben.
„Mehr als“ schließt die Grenze aus. Richtig ist das strenge Kleiner-Zeichen: \(L < \frac{1\,\mathrm{g}}{1000\,\mathrm{mL}}\).
Aussage 7
Ein Stoff, der nach Arzneibuch „praktisch unlöslich“ ist, hat eine Löslichkeit von weniger als 1 g pro 10 000 mL Lösungsmittel.
„Praktisch unlöslich“ heißt: mehr als 10 000 Volumteile je 1 g, also \(L < \frac{1\,\mathrm{g}}{10\,000\,\mathrm{mL}}\) oder unter 0,1 g/L.
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