Löslichkeit verstehen: Sättigung und Einflussfaktoren

Gibst du einen Stoff in eine Flüssigkeit, kann eine gleichmäßig aussehende Mischung entstehen. Die Flüssigkeit heißt Lösungsmittel, der hineingegebene Stoff gelöster Stoff und die homogene Mischung Lösung.

Man kann Löslichkeit auf zwei Arten beschreiben:

• qualitativ: Ein Stoff ist beispielsweise gut, wenig oder praktisch nicht löslich.
• quantitativ: Eine Zahl mit Einheit nennt die Löslichkeitsgrenze, zum Beispiel in Gramm Stoff pro 100 Gramm Lösungsmittel.

„Unlöslich“ bedeutet im Schulalltag meist: Die gelöste Menge ist so klein, dass sie für die betrachtete Anwendung keine Rolle spielt. Es bedeutet nicht zwingend, dass sich überhaupt kein einziges Teilchen löst.

In einem Feststoff halten Anziehungskräfte die Teilchen zusammen. Auch zwischen Lösungsmittelteilchen und den Teilchen des gelösten Stoffes wirken Kräfte. Beim Lösen werden Teilchen aus ihrem Verband getrennt, von Lösungsmittelteilchen umgeben und in der Lösung verteilt.

Bei einem Salz in Wasser werden Ionen aus dem Ionengitter gelöst und von Wassermolekülen umgeben. Bei Zucker bleiben die Zuckermoleküle dagegen als Moleküle erhalten. Lösen ist daher nicht dasselbe wie Verschwinden und auch nicht automatisch eine chemische Reaktion.

Bei unveränderten Bedingungen kann ein Lösungsmittel nur eine begrenzte Menge eines Stoffes aufnehmen.

Ist in einer gesättigten Lösung zusätzlich ungelöster Feststoff vorhanden, herrscht an seiner Oberfläche ein dynamisches Gleichgewicht: Pro Zeit gehen ebenso viele Teilchen in Lösung, wie sich wieder am Feststoff anlagern. Die gelöste Menge bleibt dabei im Mittel konstant, obwohl auf Teilchenebene weiter Stoff ausgetauscht wird.

Ein Bodensatz kann auf Sättigung hindeuten, wenn ausreichend Zeit zum Einstellen des Gleichgewichts vergangen ist. Er beweist sie nicht in jedem Fall: Ein Stoff könnte sich auch nur sehr langsam lösen.

Eine Löslichkeitsangabe ist nur sinnvoll, wenn du Stoff, Lösungsmittel und Bedingungen kennst.

Stoffart und Polarität

Die Faustregel „Ähnliches löst sich eher in Ähnlichem“ hilft bei einer ersten Vermutung:

• Polare oder geladene Stoffe lösen sich oft besser in polaren Lösungsmitteln wie Wasser.
• Unpolare Stoffe lösen sich oft besser in unpolaren Lösungsmitteln.

Diese Regel ist nur eine Heuristik, kein Naturgesetz. Die Stärke aller beteiligten Wechselwirkungen, die Teilchengröße und bei ionisierbaren Stoffen auch der pH-Wert können das Ergebnis verändern. Für eine sichere Aussage brauchst du Messdaten für genau das betrachtete Stoffpaar.

Temperatur

Bei vielen festen Stoffen in Flüssigkeiten steigt die Löslichkeit mit der Temperatur. Es gibt aber Ausnahmen; manche Stoffe zeigen nur geringe oder sogar die entgegengesetzte Änderung. Gase lösen sich in Flüssigkeiten bei höherer Temperatur häufig schlechter. Deshalb darfst du keine allgemeine Regel auf jeden Stoff übertragen.

Druck

Der Druck ist besonders für Gase wichtig: Bei gleicher Temperatur nimmt die Gleichgewichtskonzentration eines Gases in einer Flüssigkeit im üblichen verdünnten Bereich mit seinem Partialdruck, also seinem Anteil am Gesamtdruck, zu. Für feste und flüssige gelöste Stoffe ist der Druckeinfluss unter gewöhnlichen Bedingungen meist deutlich kleiner. Bei hohen Drücken oder chemischen Reaktionen sind einfache Näherungen nicht ausreichend.

Die Lösungsgeschwindigkeit sagt, wie schnell sich eine bestimmte Menge löst. Die Gleichgewichtslöslichkeit sagt, welche Zusammensetzung die gesättigte Lösung nach Einstellung des Gleichgewichts besitzt. Das sind verschiedene Größen.

• Rühren transportiert frisches Lösungsmittel an die Oberfläche und gelöste Teilchen weg.
• Zerkleinern vergrößert die Kontaktfläche.
• Erwärmen erhöht häufig die Teilchenbewegung und kann das Lösen beschleunigen.

Rühren und Zerkleinern verändern bei sonst gleichen Gleichgewichtsbedingungen gewöhnlich nur die Geschwindigkeit, nicht die am Ende lösbare Menge. Erwärmen kann beides verändern: die Geschwindigkeit und – stoffabhängig – auch die Gleichgewichtslöslichkeit. Nach einer Temperaturänderung vergleichst du daher zwei verschiedene Bedingungen.

Eine Zahl allein reicht nicht. Prüfe immer:

1. Welcher Stoff und welches Lösungsmittel sind gemeint?
2. Bezieht sich die Angabe auf die Masse des Lösungsmittels oder der gesamten Lösung?
3. Welche Einheit wird verwendet?
4. Bei welcher Temperatur und welchem Druck gilt der Wert?

Verwechsle die Löslichkeit nicht mit der Konzentration einer beliebigen Lösung. Eine ungesättigte Lösung besitzt bereits eine Konzentration, liegt aber noch unter der Löslichkeitsgrenze. Auch die Dichte ist etwas anderes: Sie setzt die Masse eines Stoffes oder einer Lösung zu deren Volumen ins Verhältnis.