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 KL = 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:
| Verbindung |
Formel |
KL (25 °C) |
|
| Aluminiumhydroxid |
Al(OH)3 |
3×10-34 |
| Bariumcarbonat |
BaCO3 |
2.58×10-9 |
| Bariumchromat |
BaCrO4 |
1.17×10-10 |
| Bariumnitrat |
Ba(NO3)2 |
4.64×10-3 |
| Bariumsulfat |
BaSO4 |
1.08×10-10 |
| Bariumsulfit |
BaSO3 |
5.0×10-10 |
| Berylliumhydroxid |
Be(OH)2 |
6.92×10-22 |
| Blei (II) bromid |
PbBr2 |
6.60×10-6 |
| Blei (II) carbonat |
PbCO3 |
7.40×10-14 |
| Blei (II) chlorid |
PbCl2 |
1.70×10-5 |
| Blei (II) hydroxid |
Pb(OH)2 |
1.43×10-20 |
| Blei (II) iodid |
PbI2 |
9.8×10-9 |
| Blei (II) oxalat |
PbC2O4 |
8.5×10-9 |
| Blei (II) sulfat |
PbSO4 |
2.53×10-8 |
| Blei (II) sulfid |
PbS |
3×10-28 |
| Cadmiumarbonat |
CdCO3 |
1.0×10-12 |
| Cadmiumhydroxid |
Cd(OH)2 |
7.2×10-15 |
| Cadmiumphosphat |
Cd3(PO4)2 |
2.53×10-33 |
| Calciumcarbonat (Aragonit) |
CaCO3 |
6.0×10-9 |
| Calciumcarbonat (Calcit) |
CaCO3 |
3.36×10-9 |
| Calciumfluorid |
CaF2 |
3.45×10-11 |
| Calciumhydroxid |
Ca(OH)2 |
5.02×10-6 |
| Calciumoxalat monohydrat |
CaC2O4×H2O |
2.32×10-9 |
| Calciumphosphat |
Ca3(PO4)2 |
2.07×10-33 |
| Calciumsulfat |
CaSO4 |
4.93×10-5 |
| Calciumsulfat dihydrat |
CaSO4×2H2O |
3.14×10-5 |
| Eisen (II) carbonat |
FeCO3 |
3.13×10-11 |
| Eisen (II) hydroxid |
Fe(OH)2 |
4.87×10-17 |
| Eisen (II) sulfid |
FeS |
8×10-19 |
| Eisen (III) hydroxid |
Fe(OH)3 |
2.79×10-39 |
| Kaliumperchlorat |
KClO4 |
1.05×10-2 |
| Kaliumperiodat |
KIO4 |
3.71×10-4 |
| Kupfer (I) bromid |
CuBr |
6.27×10-9 |
| Kuper (I) chlorid |
CuCl |
1.72×10-7 |
| Kuper (I) cyanid |
CuCN |
3.47×10-20 |
| Kupfer (I) iodid |
CuI |
1.27×10-12 |
| Kupfer (II) hydroxid |
Cu(OH)2 |
4.8×10-20 |
| Kupfer (II) oxalat |
CuC2O4 |
4.43×10-10 |
| Kupfer (II) phosphat |
Cu3(PO4)2 |
1.40×10-37 |
| Kupfer (II) sulfid |
CuS |
8×10-37 |
| Lithiumcarbonat |
Li2CO3 |
8.15×10-4 |
| Lithiumfluorid |
LiF |
1.84×10-3 |
| Lithiu phosphat |
Li3PO4 |
2.37×10-4 |
| Magnesiumcarbonat |
MgCO3 |
6.82×10-6 |
| Magnesiumfluorid |
MgF2 |
5.16×10-11 |
| Magnesiumhydroxid |
Mg(OH)2 |
5.61×10-12 |
| Magnesiumoxalat dihydrat |
MgC2O4×2H2O |
4.83×10-6 |
| Magnesiumphosphat |
Mg3(PO4)2 |
1.04×10-24 |
| Mangan (II) carbonat |
MnCO3 |
2.24×10-11 |
| Mangan (II) hydroxid |
Mn(OH)2 |
2×10-13 |
| Mangan (II) oxalat dihydrat |
MnC2O4×2H2O |
1.70×10-7 |
| Nickel (II) carbonat |
NiCO3 |
1.42×10-7 |
| Nickel (II) hydroxid |
Ni(OH)2 |
5.48×10-16 |
| Nickel (II) iodat |
Ni(IO3)2 |
4.71×10-5 |
| Nickel (II) phosphat |
Ni3(PO4)2 |
4.74×10-32 |
| Nickel (II) sulfid |
NiS |
4×10-20 |
| Quecksilber (I) carbonat |
Hg2CO3 |
3.6×10-17 |
| Quecksilber (I) chlorid |
Hg2Cl2 |
1.43×10-18 |
| Quecksilber (I) fluorid |
Hg2F2 |
3.10×10-6 |
| Quecksilber (I) iodid |
Hg2I2 |
5.2×10-29 |
| Quecksilber (I) oxalat |
Hg2C2O4 |
1.75×10-13 |
| Quecksilber (I) sulfat |
Hg2SO4 |
6.5×10-7 |
| Quecksilber (I) thiocyanat |
Hg2(SCN)2 |
3.2×10-20 |
| Quecksilber (II) bromid |
HgBr2 |
6.2×10-20 |
| Quecksilber (II) hydroxid |
HgO |
3.6×10-26 |
| Quecksilber (II) iodid |
HgI2 |
2.9×10-29 |
| Quecksilber (II) sulfid (schwarz) |
HgS |
2×10-53 |
| Quecksilber (II) sulfid (rot) |
HgS |
2×10-54 |
| Silber (I) acetat |
AgCH3COO |
1.94×10-3 |
| Silber (I) bromat |
AgBrO3 |
5.38×10-5 |
| Silber (I) bromid |
AgBr |
5.35×10-13 |
| Silber (I) carbonat |
Ag2CO3 |
8.46×10-12 |
| Silber (I) chlorid |
AgCl |
1.77×10-10 |
| Silber (I) cyanid |
AgCN |
5.97×10-17 |
| Silber (I) iodat |
AgIO3 |
3.17×10-8 |
| Silber (I) iodid |
AgI |
8.52×10-17 |
| Silber (I) oxalat |
Ag2C2O4 |
5.40×10-12 |
| Silber (I) phosphat |
Ag3PO4 |
8.89×10-17 |
| Silber (I) sulfat |
Ag2SO4 |
1.20×10-5 |
| Silber (I) sulfid |
Ag2S |
8×10-51 |
| Silber (I) sulfit |
Ag2SO3 |
1.50×10-14 |
| Silber (I) thiocyanat |
AgSCN |
1.03×10-12 |
| Strontiumcarbonat |
SrCO3 |
5.60×10-10 |
| Strontiumfluorid |
SrF2 |
4.33×10-9 |
| Strontiumoxalat |
SrC2O4 |
5×10-8 |
| Strontiumsulfat |
SrSO4 |
3.44×10-7 |
| Zinkcarbonat |
ZnCO3 |
1.46×10-10 |
| Zinkcarbonate monohydrat |
ZnCO3×H2O |
5.42×10-11 |
| Zinkfluorid |
ZnF |
3.04×10-2 |
| Zinkhydroxid |
Zn(OH)2 |
3×10-17 |
Das Löslichkeitsprodukt – Anwendungen der anorganischen Chemie – Testfragen/-aufgaben
1. Was versteht man unter dem Begriff “Löslichkeitsprodukt”?
Das Löslichkeitsprodukt ist das Produkt der Konzentrationen der Ionen einer schwer löslichen Verbindung in einer gesättigten Lösung, wobei jede Konzentration auf ihre stöchiometrische Zahl erhöht ist.
2. Bei welchen Vorgängen spielt das Löslichkeitsprodukt eine wichtige Rolle?
Das Löslichkeitsprodukt spielt eine wichtige Rolle bei Vorgängen wie der Kristallisation, der Ausfällung und der Auflösung von Feststoffen.
3. Wie kann das Löslichkeitsprodukt in einem Experiment bestimmt werden?
Das Löslichkeitsprodukt kann durch Mischen einer bekannten Menge eines Stoffes mit Wasser und anschließendem Absetzen und Filtrieren der ungelösten Partikel bestimmt werden. Die Konzentration der gelösten Ionen wird dann gemessen und das Produkt berechnet.
4. Welche Faktoren beeinflussen das Löslichkeitsprodukt einer Verbindung?
Die Temperatur und die ionische Stärke des Lösungsmittels sind die wichtigsten Faktoren, die das Löslichkeitsprodukt beeinflussen.
5. Wenn das Löslichkeitsprodukt einer Verbindung in einer gegebenen Lösung kleiner als das Löslichkeitsprodukt der reinen Verbindung ist, was passiert dann?
Wenn das Löslichkeitsprodukt der Verbindung in der Lösung kleiner ist als das Löslicheitsprodukt der reinen Verbindung, dann findet eine Ausfällung statt, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist.
6. Warum ist das Löslichkeitsprodukt für die Wasseraufbereitung relevant?
Das Löslichkeitsprodukt ist relevant für die Wasseraufbereitung, weil es hilft zu bestimmen, wie viel eines bestimmten Verunreinigers aus dem Wasser entfernt werden kann bevor die Sättigungsgrenze erreicht wird und eine Ausfällung stattfindet.
7. Wie hängt das Löslichkeitsprodukt mit dem pH-Wert einer Lösung zusammen?
Das Löslichkeitsprodukt hängt von der Konzentration der Ionen in der Lösung ab, und diese wird durch den pH-Wert beeinflusst. Ein niedriger pH-Wert bedeutet eine hohe Konzentration an Wasserstoff-Ionen, was dazu führt, dass mehr Ionen ausgefällt werden.
8. Wie beeinflusst das Löslichkeitsprodukt die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden für Pflanzen?
Das Löslichkeitsprodukt beeinflusst die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden, weil es bestimmt, wie viel eines bestimmten Nährstoffs in Wasser gelöst werden kann und damit für Pflanzen verfügbar ist. Wenn die Sättigungsgrenze erreicht ist, findet eine Ausfällung statt und der Nährstoff ist für Pflanzen nicht mehr verfügbar.
9. Warum ist das Löslichkeitsprodukt in der Medizin wichtig, insbesondere in Bezug auf Nierensteine?
Das Löslichkeitsprodukt ist in der Medizin wichtig, weil es hilft zu verstehen, wie und warum Nierensteine sich bilden. Nierensteine sind das Ergebnis einer Ausfällung von Salzen, deren Löslichkeitsprodukt im Urin überschritten wurde.
10. Wie hängt das Löslichkeitsprodukt mit der Bildung von Kalkablagerungen zusammen?
Das Löslichkeitsprodukt hängt direkt mit der Bildung von Kalkablagerungen zusammen. Wenn Wasser erhitzt wird, kann es weniger Calciumcarbonat lösen – ein Stoff, der oft in hartem Wasser vorhanden ist. Überschreitet die Konzentration das Löslichkeitsprodukt, fällt das überschüssige Calciumcarbonat aus und bildet Kalk.
