Löslichkeitsprodukt – die Löslichkeit von Salzen in Wasser

Im Rahmen der Chemie fallen oft die beiden Begriffe “Löslichkeit” und “Löslichkeitsprodukt”. Da der Umgang mit den beiden “Größen” ein wesentlicher Bestandteil der Chemie ist, sollen die beiden Begriffe hier nun vorgestellt werden. Kurz zusammengefasst: Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an, welche Menge des Stoffes gelöst werden kann.  Das Löslichkeitsprodukt hingegen beschreibt eine Gleichgewichtsreaktion zwischen einer festen Phase und dem gelösten Stoff in einer Lösung

Unterschied zwischen Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt

Obwohl sich beide “chemischen” Größen ineinander umrechnen lassen, bezeichnen Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt zwei unterschiedliche Tatsachen. Das Löslichkeitsprodukt beschreibt ein Gleichgewicht zwischen den Bodenkörper eines Stoffes und dessen gesättigte Lösung, das Löslichkeitsprodukt leitet sich direkt aus dem Massenwirkungsgesetz ab. Das Löslichkeitsprodukt beschreibt also eine Gleichgewichtsreaktion. Mit Hilfe des Löslichkeitsproduktes kann man die Konzentration gelöster Stoffe in einer Lösung bestimmen.

Der Begriff Löslichkeit bezeichnet die maximale Stoffmenge eines Stoffes, die sich bei bestimmten Reaktionsbedingungen (Druck und Temperatur) löst. Die Löslichkeit ist also nichts anders als die Konzentration einer gesättigten Lösung (und daher charakteristisch für jeden Stoff). Daher bezeichnet man im Chemieunterricht die beiden Begriffe (manchmal) anders. In diesem unterscheidet man zwischen dem Löslichkeitsprodukt und der sogenannten Sättigungskonzentration (ein anderer Begriff für Löslichkeit).

Herleitung des Löslichkeitsprodukts

Das Löslichkeitsprodukt beschreibt die Gleichgewichtsreaktion eines gelösten Salzes mit seiner festen Phase. Daher lässt sich das Löslichkeitsprodukt auch aus dem sogenannten Massenwirkungsgesetz herleiten:

Leiten wir zuerst das Löslichkeitsprodukt für ein AB-Salz her, dazu nehmen wir Silberchlorid, dass schwerlöslich ist. Im ersten Schritt stellen wir die Reaktionsgleichung auf (Gleichgewichtsreaktion zwischen der festen Phase, dem Bodenkörper, und den gelösten Ionen)

AgCl (s)  <=>  Ag + (aq)  +   Cl (aq)

Aus dieser Gleichgewichtsreaktion stellen wir nun das Massenwirkungsgesetz auf.

Massenwirkungsgesetz

Die Konzentration von Silberchlorid entspricht der Sättigungskonzentration und ist daher eine Konstante, ebenfalls wie die Gleichgewichtskonstante. Daher bilden wir aus den beiden Konstanten eine neue Konstante und haben die Formel für das Lösilichkeitsprodukt:

Löslichkeitsprodukt

Genauso kann man das Löslichkeitsprodukt auch für andere Salz herleiten, allgemein lässt sich das Löslichkeitsprodukt folgendermaßen berechnen (für sogenannte AmBn-Salze)

AmBn   <=>  m·A n+   +   n·B m-

KL =  [A n+]  ·   [B m-]n

Herleitung der Löslichkeit eines Salzes

Wie eingangs beschrieben, gibt die Löslichkeit eines Stoffes, welche Menge an Stoff in einem Lösungsmittel gelöst werden kann. Nun wollen wir die Löslichkeit von (schwerlöslichem) Bariumsulfat berechnen. Dazu sehen wir nach dem Löslichkeitsprodukt von Bariumsulfat (beispielsweise in Wikipedia), so finden wir

KL (BaSO4) = 10-10 mol² /l²

Setzen wir dies nun in das Löslichkeitsprodukt ein, erhalten wir KL (BaSO4) = [Ba 2+] · [SO42-] = 10-10 mol² /l²

Da nun (aufgrund des sogenannten Elektroneutralitätsprinzips) die Konzentration (im Gleichgewicht) an Bariumionen und Sulfationen gleich sind, können wir die Gleichung vereinfachen:

KL (BaSO4) = [Ba 2+] ·  [SO42-] =  [Ba 2+] · [Ba 2+] = [Ba 2+]²  =  10-10 mol² /l²

Nun kann ich die Löslichkeit der Bariumionen bestimmen [Ba 2+]²  =  10-10 mol² /l²  => [Ba 2+]  =  10-5 mol² /l²  (Wurzel). Diese Konzentration an Bariumionen entspricht (im Gleichgewicht) auch der Sulfationen-Konzentration.

Hiermit kann man wissenschaftlich korrekt berechnen, ob ein schwerlösliches oder leichtlösliches Salz vorliegt

  • Schwerlösliches Salz: Liegt die Konzentration eines gelösten Stoffes unter 0,1 mmol/ml, so liegt ein schwerlösliches Salt vor
  • Mäßig lösliches Salz: Liegt die Konzentration eines gelösten Stoffes zwischen 0,1 und 1 mmol/ml, so liegt ein mäßig lösliches Salz vor
  • Leichtlösliches Salz: Liegt die Konzentration eines gelösten Stoffes über 1 mmol/ml, so liegt ein leichtlösliches Salz vor

Genauso kann nun berechnet werden, ob eines ungesättigte oder gesättigte Salzlösung vorliegt:

  • Bei ungesättigten Lösungen ist die gelöste Salz-Konzentration kleiner als die Löslichkeit des Salzes
  • Bei gesättigten Lösungen ist die gelöste Salz-Konzentration gleich der Löslichkeit des Salzes
  • Bei übersättigten Lösungen ist die gelöste Salz-Konzentration größer als die Löslichkeit des Salzes

Hinweis:

Das Löslichkeitsprodukt für fast alle Stoffe kann in diversen Lexika gefunden werden, allerdings sollte darauf geachtet werden, dass die Löslichkeit und damit auch das Löslichkeitsprodukt von der Temperatur abhängig ist (so steigt in der Regel mit zunehmender Temperatur die Löslichkeit von Salzen in Lösungsmittel). Daher sollte immer die Temperaturangabe betrachtet werden, für die die Löslichkeit bzw. das Löslichkeitsprodukt gilt.

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Anorganische Chemie