Elektrolytloesungen

IMPP-Score: 0.4

Elektrolytlösungen

Dissoziation von Elektrolyten in Wasser

Wenn Elektrolyte in Wasser gelöst werden, zerfallen sie in positiv und negativ geladene Ionen. Diese Dissoziation ist ein kritischer Prozess, da er die Eigenschaften der Lösung stark beeinflusst. Starke Elektrolyte, wie Kaliumhexacyanidoferrat(III), dissoziieren vollständig, was bedeutet, dass jede einzelne Einheit des gelösten Stoffs in Ionen zerfällt. Dies hat wichtige Konsequenzen, beispielsweise für die Gefrierpunktserniedrigung: Mehr gelöste Teilchen führen zu einer stärkeren Herabsetzung des Gefrierpunkts als erwartet.

Lösungsvorgang1

Starke, schwache und mehrstufige Elektrolyte

Starke Elektrolyte dissoziieren vollständig in Wasser, wobei keine ungeladenen Moleküle zurückbleiben. Zu diesen zählen Salze, starke Säuren und Basen. Im Gegensatz dazu dissoziieren schwache Elektrolyte nur teilweise, was bedeutet, dass im Gleichgewichtszustand sowohl Ionen als auch ungeladene Moleküle existieren.

Wichtig zu merken

Das IMPP fragt besonders gerne nach dem Unterschied zwischen starken und schwachen Elektrolyten sowie deren Dissoziationsgrad und -konstanten.

Mahrstufige Elektrolyte, wie die Kohlensäure (H2CO3), dissoziieren in mehreren Schritten, wobei in jedem Schritt unterschiedliche Ionen freigesetzt werden. Der erste Dissoziationsschritt ist in der Regel der stärkste; nachfolgende Schritte sind meist schwächer.

Ostwaldsches Verdünnungsgesetz

Das Ostwaldsche Verdünnungsgesetz gibt Aufschluss über den Dissoziationsgrad eines schwachen Elektrolyten in Abhängigkeit von der Konzentration. Wenn eine schwache Säure oder Base verdünnt wird, steigt der Dissoziationsgrad, und die Konzentration der Ionen erhöht sich relativ zur ursprünglichen Konzentration des Elektrolyten.

pH-Wert und Salze

Der pH-Wert einer Lösung hängt maßgeblich von den in der Lösung vorhandenen Ionen ab. Zum Beispiel führt das Lösungsmittel von Salzen schwacher Basen mit starken Säuren zu einer sauren Lösung, da mehr Hydronium-Ionen (H3O+) gebildet werden. Umgekehrt führen Salze starker Basen mit schwachen Säuren zu einer basichen Lösung, da hier mehr Hydroxid-Ionen (OH-) vorliegen.

Grenzionenleitfähigkeit

Die Grenzionenleitfähigkeit ist ein Maß für die Fähigkeit von Ionen, in sehr verdünnten Lösungen Elektrizität zu leiten, wenn Interaktionen zwischen Ionen vernachlässigbar sind. Insbesondere Hydroxid-Ionen zeigen eine hohe Grenzionenleitfähigkeit aufgrund der besonderen Struktur des Wassers.

Ionenstärke

Die Ionenstärke gibt Auskunft darüber, wie die Konzentration aller Ionen in einer Lösung – unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Ladungen – das Verhalten der Lösung beeinflusst. Sie ist entscheidend, um zu verstehen, wie Elektrolytlösungen, z.B. NaCl und KCl, in biologischen oder chemischen Systemen wirken.

Solvatation und Hydratation

Wenn Ionen in Wasser gelöst werden, umhüllen Wassermoleküle die Ionen und bilden eine sogenannte Hydrathülle. Diesen Vorgang bezeichnet man als Hydratation. Die damit verbundene Solvatationsenthalpie ist ein Maß für die Energieänderung während des Lösungsvorgangs.

Wanderung von Ionen unter Elektrolyse

Prinzip der Elektrolyse2
Speziell für das Examen

Hier ist es besonders wichtig, dass ihr die Prozesse der Elektrolyse versteht – welche Ionen wohin wandern und welche Reaktionen an den Elektroden stattfinden.

In einem elektrischen Feld wandern Kationen zur Kathode und Anionen zur Anode. Bei der Elektrolyse von Natriumchloridlösung entstehen an der Kathode Wasserstoffgas und an der Anode Chlorgas.

Zusammenfassung

  • Elektrolyte und Dissoziation: Stärkere Elektrolyte wie Kaliumhexacyanidoferrat(III) dissoziieren in Wasser vollständig in ihre Ionen, was physische Eigenschaften wie die Gefrierpunktserniedrigung beeinflusst.
  • Grenzionenleitfähigkeit: Die Leitfähigkeit einzelner Ionen bei unendlicher Verdünnung, mit Hydroxid-Ionen (OH-) als Beispiele für besonders hohe Werte aufgrund der Cluster-Struktur des Wassers.
  • Mehrstufige Dissoziation: Verbindungen mit mehreren dissoziierbaren Wasserstoffatomen wie H2CO3, H3PO4 und H2SO4 unterliegen einer schrittweisen Freisetzung von Ionen in mehreren Stufen.
  • Einfluss von Salzen auf den pH-Wert: Salze einer schwachen Base und starken Säure senken den pH-Wert, während Salze einer starken Base und schwachen Säure ihn erhöhen.
  • Lösungsmittelwirkung von Wasser: Wasser als polares Lösungsmittel ermöglicht das Lösen von Salzen, indem es Hydrathüllen um die Ionen bildet und somit ihre Stabilität in Lösung steigert.
  • Ionenstärke: Ein Indikator für die Konzentration aller Ionen in einer Lösung, welche bei Salzen wie NaCl und KCl bei gleichen molalen Konzentrationen auch gleich ist.
  • Elektrisches Verhalten und Elektrolyse: Ionen bewegen sich in elektrischen Feldern zur entgegengesetzten Elektrode, wobei Kationen zur Kathode und Anionen zur Anode wandern, was bei der Elektrolyse zu beobachten ist.
  • Dissoziationskonstante und -grad: Sie beschreiben die Gleichgewichtskonstante von Dissoziationsreaktionen und das Verhältnis von dissoziierten zu undissoziierten Teilchen, beeinflusst durch äußere Einflüsse und Verdünnung.

Feedback

Melde uns Fehler und Verbesserungsvorschläge zur aktuellen Seite über dieses Formular. Vielen Dank ❤️

Footnotes

  1. Credits Lösungsvorgang Grafik: Andy Schmitz, Sodium chloride dissolution, CC BY 3.0↩︎

  2. Credits Prinzip der Elektrolyse Grafik: Niko Lang, Elektrolyse Allgemein, CC BY-SA 2.5↩︎