Lösungsenthalpie

Die Lösungsenthalpie oder Lösungswärme bzw. Lösungskälte ist die Änderung der Enthalpie beim Auflösen eines Stoffes in einem Lösungsmittel. Die Enthalpie ist - wenn man von Volumenänderungen, also mechanischer Arbeit gegen den Luftdruck absieht - gleich der Energie.

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Die Lösungsenthalpie kann:

• negativ sein, d. h. die Lösung wird warm bis heiß (z. B. beim Lösen von Natriumhydroxid in Wasser) Lösungsvorgang ist exotherm (Energie wird frei)
• nahezu null sein, d. h. die Temperatur bleibt gleich (z. B. Natriumchlorid in Wasser)
• positiv sein, d. h. die Lösung kühlt sich ab (z. B. Ammoniumnitrat in Wasser) Lösungsvorgang ist endotherm (Energie wird verbraucht)

Die Lösungsenthalpie setzt sich (hier am Beispiel eines Salzes) zusammen aus:

• der Gitterenergie des zu lösenden Stoffes
• der Bindungsenergie des Lösungsmittels
• der Hydratationsenergie, d. h. der Energie, die bei der Anlagerung von Lösungsmittelteilchen an die Teilchen des aufgelösten Stoffs frei wird

Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel wird neben der Lösungsenthalpie auch von der Lösungsentropie bestimmt.

Beispiel für einen Lehrversuch

Temperatur des Wassers bevor die Chemikalien hinzugefügt wurden: 18°C

Temperatur des Wassers nachdem die Chemikalien hinzugefügt wurden:

• 1. Reagenzglas: Ammoniumnitrat: 14°C
• 2. Reagenzglas: Natriumchlorid: 20°C
• 3. Reagenzglas: Natriumhydroxid: 28°C

Die Temperatur beim Ammoniumnitrat sinkt, das heißt die endotherme Reaktion ist größer als die exotherme.

Die Temperatur beim Natriumchlorid (Kochsalz) bleibt ungefähr gleich, das heißt endotherme und exotherme Reaktion sind gleich.

Die Temperatur beim Natriumhydroxid steigt an, das heißt die exotherme Reaktion ist größer, als die endotherme.

Wenn man sich die endotherme und die exotherme Reaktion bei diesem Versuch genauer anschaut, kann man erkennen, dass in diesem Fall die endotherme Reaktion die Zerstörung der Verbindungen zwischen den Anionen (negativ geladen) und den Kationen (positiv geladen) bedeutet. Im ersten Schritt werden also die Verbindungen zerstört, das heißt, die sich anziehenden Teilchen auseinander gerissen. Energetisch gesehen ist dieser Vorgang endotherm, da gegen die Anziehungskräfte der Teilchen gearbeitet wird.

Der Zweite der beiden Teilvorgänge ist die Hydratation. Dabei lagern sich die polaren Wassermoleküle (Dipole) an die "noch freien" Anionen und Kationen an. Energetisch gesehen ist dieser Vorgang exotherm, da die Teilchen sich aufgrund ihrer Ladung freiwillig anziehen. Aus all diesen Vorgängen und Reaktionen setzt sich die Lösungswärme zusammen.