Grundoperationen

Lösen und Mischen von Flüssigkeiten

Was die Löslichkeit von der Lösungsgeschwindigkeit unterscheidet, welche Größen beide beeinflussen und warum Alkohol-Wasser-Mischungen schrumpfen.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Beim Lösen geht ein Stoff in ein Lösungsmittel über: Ablösen von der Oberfläche, Hydratisieren, Abtransport.
  • Die Löslichkeit hängt von der Art des Lösungsmittels und der Temperatur ab, nicht von Stoffmenge, Lösungsmittelvolumen oder Rühren.
  • Rühren, Erwärmen und Zerkleinern erhöhen die Lösungsgeschwindigkeit von Saccharose in Wasser, ein Ethanolzusatz nicht.
  • Beim Mischen von Ethanol oder 2-Propanol mit Wasser ist das Mischvolumen kleiner als die Summe der Einzelvolumina (Volumenkontraktion).
  • Die Ethanol-Wasser-Mischung erwärmt sich; der Hausner-Faktor beschreibt dagegen Pulver.

Worum es geht

Lösen und Mischen sind Grundoperationen jeder Rezeptur, vom Zuckersirup bis zur Ethanolverdünnung. Man muss dabei trennen, wie viel sich löst und wie schnell es geht. Beim Mischen von Flüssigkeiten kommt hinzu, dass sich Volumina nicht immer einfach addieren.

Lösungsvorgang

Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch aus einem Lösungsmittel und dem darin gelösten Stoff. Beim Lösen eines Kristalls laufen drei Schritte ab. Ein Teilchen löst sich von der Oberfläche, Wassermoleküle umhüllen es mit einer Hydrathülle, dann wandert es in die Lösung ab.

Schema eines Kristalls, von dem sich ein Teilchen löst, von Wassermolekülen umhüllt wird und in die Lösung wandert

Lösungsvorgang: Ablösen, Hydratisieren, Abtransport

Der Abtransport ist meist der langsamste Schritt. Direkt am Kristall entsteht deshalb eine gesättigte Grenzschicht. Zwei Fragen muss man auseinanderhalten: Wie viel Stoff löst sich im Gleichgewicht? Und wie schnell wird dieses Gleichgewicht erreicht? Die Kinetik dahinter behandelt die Einheit zur Diffusion.

Löslichkeit

Die Löslichkeit ist die Konzentration des Stoffes in seiner gesättigten Lösung bei gegebener Temperatur, etwa in g pro 100 g Wasser. Sie ist eine Gleichgewichtsgröße des Paares Stoff und Lösungsmittel.

Entscheidend ist daher die Art des Lösungsmittels. Saccharose löst sich reichlich in Wasser, in Ethanol dagegen kaum. Zweiter Faktor ist die Temperatur: In Wasser steigt die Löslichkeit in der Regel mit der Temperatur. Gase bilden eine bekannte Ausnahme.

Ohne Einfluss bleiben die Menge des zugegebenen Stoffes und das Volumen des Lösungsmittels. Mehr Wasser löst zwar mehr Gramm, die Konzentration der gesättigten Lösung bleibt aber gleich. Auch die Rührgeschwindigkeit ändert die Löslichkeit nicht.

Lösungsgeschwindigkeit

Die Lösungsgeschwindigkeit gibt an, wie viel Stoff pro Zeit in Lösung geht. Sie hängt davon ab, wie schnell Teilchen die Oberfläche verlassen und abtransportiert werden. Für Saccharose in Wasser beschleunigen drei Maßnahmen das Lösen:

  • Rühren dünnt die gesättigte Grenzschicht aus und trägt gelöste Teilchen rascher fort.
  • Erwärmen beschleunigt die Teilchenbewegung und erhöht zusätzlich die Löslichkeit.
  • Zerkleinern der Kristalle vergrößert die Oberfläche, an der sich Teilchen ablösen.

Ein Zusatz von Ethanol beschleunigt das Lösen dagegen nicht. Er macht das Lösungsmittel für Saccharose schlechter und senkt ihre Löslichkeit. Damit schrumpft der Konzentrationsunterschied, der das Lösen antreibt.

💡 Merke

Löslichkeit sagt, wie viel sich löst, Lösungsgeschwindigkeit, wie schnell. Rühren und Zerkleinern ändern nur das Tempo, die Temperatur wirkt auf beides.

Volumenkontraktion

Mischt man 50 mL Ethanol mit 50 mL Wasser, erhält man nur etwa 96 mL. Diese Volumenkontraktion bedeutet: Das Mischvolumen ist kleiner als die Summe der Einzelvolumina. Alkohol- und Wassermoleküle bilden untereinander Wasserstoffbrücken und packen sich dichter als in den reinen Flüssigkeiten.

Drei Messzylinder, zwei mit je 50 mL, der dritte mit dem Gemisch knapp unter 100 mL

Volumenkontraktion: 50 mL Ethanol und 50 mL Wasser ergeben etwa 96 mL

Dasselbe beobachtet man beim Mischen von 2-Propanol mit Wasser. Die neuen Wechselwirkungen sind energetisch günstig, deshalb erwärmt sich die Ethanol-Wasser-Mischung. Verdünnungen stellt man daher nach Masse her oder füllt erst nach dem Abkühlen auf.

Anders als die Volumenkontraktion betrifft der Hausner-Faktor Pulver. Er setzt Stampf- und Schüttdichte ins Verhältnis und beschreibt das Verdichten eines Haufwerks, nicht das Mischen von Flüssigkeiten.

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Aussage 1

Kräftiges Rühren erhöht die Löslichkeit von Saccharose in Wasser.

Rühren beschleunigt nur den Abtransport aus der Grenzschicht und erhöht damit die Lösungsgeschwindigkeit. Die Löslichkeit bleibt unverändert.

Aussage 2

Zerkleinerte Saccharosekristalle lösen sich in Wasser schneller als grobe Kristalle.

Zerkleinern vergrößert die Oberfläche, an der sich Teilchen ablösen können, und erhöht so die Lösungsgeschwindigkeit.

Aussage 3

Beim Mischen von Ethanol und Wasser kühlt sich die Mischung ab, weil Wasserstoffbrücken aufgebrochen werden.

Die Mischung erwärmt sich, da sich zwischen Alkohol und Wasser energetisch günstige Wasserstoffbrücken bilden. Gleichzeitig tritt eine Volumenkontraktion ein.

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