Die Hydratationsenergie bei Ionenverbindungen (Salzen)

In anderen Kapitel haben wir uns mit der Löslichkeit von Salzen und der Gitterenergie befasst. Hierbei stellte uns bereits die Frage nach dem Zusammenhang zwischen Löslichkeit und Gitterenergie. Die Löslichkeit eines Salzes hängt im Wesentlichen von zwei Eigenschaften ab, der Gitterenergie und der sogenannten Hydratationsenthalpie bzw. energie. Je größer der Betrag der Gitterenergie ist (um so stärker werden die Ionen im Ionengitter gebunden) umso schlechter löst sich das Salz. Je größer die Hydratationsenthalpie ist, desto besser löst sich das Salz in Wasser. In diesem Kapitel soll nun die Hydratationsenergie betrachtet werden.

Hydratationsenergie bei Ionenverbindungen

Wie bereits erwähnt, ist die Hydratationsenergie eine wesentliche Einflussgröße für die Löslichkeit von Salzen. Damit ein Salz in einem Lösungsmittel in Lösung geht, muss dessen Kristallgitter aufgebrochen werden. Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder ist die erforderliche Energie zum Herauslösen der Ionen aus dem Gitter mindestens so groß wie die “Bindungskräfte”, die die Anionen und Kationen zusammenhalten (dieser Betrag entspricht im Wesentlichen der Gitterenergie) oder es muss von “außen” zusätzlich Energie hinzu geführt werden.

Ähnlich wie bei der Gitterenergie ist die Hydratationsenergie im Wesentlichen abhängig von Radius und Ladung der Anionen und Kationen im Ionengitter. Im Allgemeinen ist die Hydratationsengerie ist um so größer, je kleiner der Radius und je höher die Ladung der Ionen ist.

Die “Entstehung” der Hydratationsenergie lässt sich am besten am Beispiel Wasser (als Lösungsmittel) erklären. Bei Wassermolekülen handelt es sich um polare Moleküle, sie stellen einen permanenten Dipol dar. Daher kann das Wassermolekül auch mit positiv bzw. negativ geladenen Teilchen in Wechselwirkung treten. Dabei lagert sich die partiell positive geladene Seite des Wassermoleküls (Wasserstoff-Atome) an die Anionen, während die partiell negativ geladene Teil des Wassermoleküls mit den Kationen in Wechselwirkung tritt. Dabei treten unter anderem starke Ion-Dipol-Wechselwirkung (anziehende Wechselwirkungen) auf, wobei Energie frei wird.

Allgemeine Tendenzen

In der Regel ist ein Salz in einem bestimmten Lösungsmittel gut löslich, wenn die Hydrationsenergie vom Betrag größer ist, als die Gitterenergie.
Ist die Hydratationsenergie vom Betrag höher als die Gitterenergie erwärmt sich (v.a. in Wasser als Lösungsmittel) die Temperatur des Reaktionsgemisches.


Die Hydratationsenergie bei Ionenverbindungen (Salzen) – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter Hydratationsenergie?

Die Hydratationsenergie bezeichnet die Energie, die frei wird, wenn ein Ion von Wassermolekülen umgeben (hydratisiert) wird. Sie ist ein Maß dafür, wie stark ein Ion vom Wasser angezogen wird.

2. Warum ist die Hydratationsenergie bei Ionenverbindungen wichtig?

Die Hydratationsenergie ist für das Lösen von Salzen in Wasser verantwortlich. Wenn die Hydratationsenergie gleich oder größer als die Gitterenergie ist, kann das Salz in Wasser gelöst werden.

3. Was passiert, wenn die Gitterenergie größer ist als die Hydratationsenergie?

Wenn die Gitterenergie größer ist als die Hydratationsenergie, dann bleibt das Salz bzw. die Ionverbindung als Feststoff erhalten und löst sich nicht im Wasser.

4. Ist die Hydratationsenergie größer bei kleinen oder bei großen Ionen?

Die Hydratationsenergie ist größer bei kleinen Ionen, da sie eine größere Ladungsdichte haben und somit stärker von den Wassermolekülen angezogen werden.

5. Wie verhält sich die Hydratationsenergie bei zunehmender Ladung des Ions?

Die Hydratationsenergie steigt mit zunehmender Ladung des Ions, da mehr Wassermoleküle ein stärker geladenes Ion umgeben können.

6. Wie ist das Verhältnis zwischen Gitterenergie und Hydratationsenergie beim Lösen von Salzen?

Beim Lösen von Salzen muss die Hydratationsenergie gleich oder größer sein als die Gitterenergie. Ist dies der Fall, ist der Prozess spontan und exotherm.

7. Was ist der Unterschied zwischen Hydratationsenergie und Gitterenergie?

Die Hydratationsenergie bezieht sich auf den Prozess der Hydratisierung eines Ions in Wasser, während die Gitterenergie die Energie beschreibt, die benötigt wird, um ein Ion aus einem Gitter herauszulösen.

8. Wie kann man die Hydratationsenergie experimentell bestimmen?

Die Hydratationsenergie kann durch Mischen von Wasser mit einem Salz bestimmt werden und die dabei entstehende Temperaturänderung gemessen werden. Dies wird dann auf die molare Menge des Salzes bezogen.

9. Welchen Einfluss hat die Hydratationsenergie auf die Löslichkeit von Salzen?

Die Hydratationsenergie hat direkten Einfluss auf die Löslichkeit von Salzen: Je höher die Hydratationsenergie, desto besser ist das Salz in Wasser löslich.

10. Warum geht die Hydratation von Ionen mit einer Energieabgabe einher?

Bei der Umgebung eines Ions mit Wassermolekülen (Hydratation) entstehen neue Bindungen zwischen dem Ion und den Wasser-Molekülen, die Energie freisetzen. Somit ist die Hydratation von Ionen ein exothermer Prozess.

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