Das Löslichkeitsprodukt – Anwendungen der anorganischen Chemie

Eine wichtige Anwendung der anorganischen Chemie ist das sog. Löslichkeitsprodukt. Mit Hilfe des Löslichkeitsproduktes können Vorgange beim Auflösen und Ausfällen von Salzen berechnet werden und finden daher (wenn auch nur noch selten) Anwendung in der nasschemischen Analytik. So gilt z.B. je kleiner das Löslichkeitsprodukt, desto schwerer löslicher ist das untersuchte Salz.

Das Löslichkeitsprodukt

Beim Lösen und Ausfällen von Salzen handelt es sich um eine Gleichgewichtsreaktion, diese liegt bei allen Salzen vor (nur bei unterschiedlichen Konzentrationen). Liegt eine sogenannte gesättigte Lösung vor, gibt es in dem System eine feste und eine gelöste Phase, wobei sich zwischen dem ungelösten Salz und dem gelösten Salz ein Gleichgewicht einstellt. Dieses Gleichgewicht kann mit dem Massenwirkungsgesetz beschrieben werden

Herleitung des Löslichkeitsproduktes

Bei der Herleitung des Löslichkeitsproduktes geht man von einer gesättigten Lösung aus (festes Salz als Bodenkörper und gelöstes Salz in Lösung). Aus dem Ionengitter des festen Salzes gehen ständig Ionen ins Lösung und aus der Lösung werden Ionen vom festen Salz “angezogen” und ins Gitter eingebaut. Wasser ist in diesem Fall im Überschuss vorhanden und daher schon in die Konstante eingebaut (Anwendung des Massenwirkungsgesetztes)

• AB(s) steht im Gleichgewicht mit  A⁺(aq)  +  B^–(aq)
• Daher gilt folgende Gleichgewichtskonstante K = ([A⁺(aq) ·  [B^–(aq)]) : [AB]
• Im Gleichgewichtszustand ist die Konzentration des Bodenkörpers c(AB) konstant, daher gilt für das Löslichkeitsprodukt K_L = K · c(AB) =  c(A⁺(aq)) · c(B^–(aq).

Für Salze, deren Verhältnisformel aus mehr als zwei Ionen bestehen, müssen natürlich die stöchiometrischen Koeffizienten berücksichtigt werden.

Löslichkeitsprodukt

Unterschiedliche Fälle beim Lösen von Salzen:

• Das Ionenprodukt ist kleiner als das Löslichkeitsprodukt. Dies bedeutet, es befinden sich die Ionen in Lösung, es liegt aber kein festes Salz als Bodenkörper am Boden. Fügt man weiteres festes Salz in die Lösung, so würde es sich auflösen, bis das Ionenprodukt gleich dem Löslichkeitsprodukt ist.

• Das Ionenprodukt ist größer als das Löslichkeitsprodukt. In diesem Fall ist das Löslichkeitsprodukt überschritten. Daher weicht das System so aus, indem die (gelösten) Ionen miteinander “reagieren” und ein festes Salz bilden. Es fällt daher Salz als sog. Niederschlag aus, bis die Konzentration der Ionen in Lösung so weit gesunken ist, dass das Ionenprodukt genau dem Löslichkeitsprodukt entspricht.

• Das Ionenprodukt war größer als das Löslichkeitsprodukt. Es fällt festes Salz aus, bis die Konzentration so weit abgesunken, dass Ionenprodukt und Löslichkeitsprodukt gleich groß sind, so befinden sich festes Salz und gelöste Ionen im chemischen Gleichgewicht. Es löst sich dabei genauso viel Salz auf, wie gebildet wird (dynamisches Gleichgewicht).

Anwendungen:

Anhand des Löslichkeitsproduktes lässt sich die Löslichkeit von Ionen bzw. eines Salzes berechnen. Dazu in einem anderen Kapitel.

Die wichtigsten Löslichkeitsprodukte im Überblick:

Das Löslichkeitsprodukt – Anwendungen der anorganischen Chemie – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist das Löslichkeitsprodukt (Ksp)?

Das Löslichkeitsprodukt (Ksp) ist ein Maß dafür, wie gut ein Feststoff in einer gegebenen Menge von Lösungsmittel auflöst. Es wird berechnet, indem die Konzentrationen der gelösten Ionen multipliziert werden, wobei jedes Ion an die Potenz seiner Koeffizienten in der Ausgleichungsreaktion gehoben wird.

2. Was gibt das Löslichkeitsprodukt an?

Das Löslichkeitsprodukt gibt an, bis zu welcher Konzentration sich ein Stoff in Wasser löst, ohne dass es zu einer Ausfällung kommt.

3. Wie ändern sich Löslichkeitsprodukt und Löslichkeit mit der Temperatur?

Die Löslichkeit und das Löslichkeitsprodukt ändern sich mit der Temperatur. Bei vielen Salzen steigt die Löslichkeit mit der Temperatur.

4. Was passiert, wenn das Produkt der Ionenkonzentrationen den Wert des Löslichkeitsprodukts übersteigt?

Wenn das Produkt der Ionenkonzentrationen den Wert des Löslichkeitsprodukts übersteigt, ist die Lösung übersättigt und es kommt zur Ausfällung.

5. Wie berechnet man die Löslichkeit aus dem Löslichkeitsprodukt?

Die Löslichkeit wird berechnet, indem das Quadrat des Löslichkeitsprodukts genommen und anschließend die Quadratwurzel gezogen wird.

6. Was versteht man unter der Sättigungslösung?

Die Sättigungslösung ist eine Lösung, in der sich so viel von einer Substanz gelöst hat, wie es nach dem Löslichkeitsprodukt möglich ist. Jede weitere Zugabe führt zur Ausfällung.

7. Welchen Einfluss hat ein Komplexionsmittel auf die Löslichkeit?

Komplexionsmittel können die Löslichkeit von Stoffen erhöhen, indem sie mit den Ionen Komplexe bilden und so deren Konzentration reduzieren.

8. Was versteht man unter dem Begriff “Ionenprodukt”?

Das Ionenprodukt ist das Produkt aus den Konzentrationen der Ionen, die durch das Auflösen eines Feststoffs in einer Flüssigkeit entstehen.

9. Wie sind Löslichkeitsprodukt und Ionenprodukt bei einer gesättigten Lösung zueinander?

Bei einer gesättigten Lösung sind Löslichkeitsprodukt und Ionenprodukt gleich groß. Erst wenn das Ionenprodukt das Löslichkeitsprodukt übersteigt, kommt es zur Ausfällung.

10. Was sagt das Nernstsche Verteilungsgesetz aus?

Das Nernstsche Verteilungsgesetz beschreibt das Gleichgewicht zwischen zwei nicht mischbaren Phasen, in welchen ein gelöster Stoff verteilt ist. Es ermöglicht Rückschlüsse auf das Löslichkeitsprodukt.