Löslichkeit?
Ich habe eine Frage zu der Löslichkeit zweier Stoffe. In einer Erklärung habe ich gelesen, dass die Löslichkeit zweier Stoffe (neben der zwischenmolekularen WW) von den Strukturen der Stoffe abhängt (beispielweise, wenn zwei Stoffe sich mit H Brücken verbinden, lösen sie sich besser). Wenn man sich aber auf normale Dipol Dipol WW bezieht oder nur Van der Waals Bindungen, gibt es dann auch eine vorgesehene "Struktur" warum sich beispielsweise unpolare und unpolare besser lösen (Bei Wasserstoffbrückenbindungen ist es ja, weil das Wasser beispielsweise am jeweiligen Molekül eine H Brücke dazubauen kann (dadurch löst es sich besser), wie kann man sich das aber bei beispielsweise zwei unpolaren Stoffen vorstellen? Also hängt es dabei auch von der Struktur ab? Ich habe es mkr immer so vorgestellt, dass wen beispielsweise Schwache WW zwischen dem Stoff, der gelöst wird und dem Stoff in dem der Stoff gelöst werden soll, herrschen, dass es dann quasi für die Flüssigkeit einfacher ist die Ionen/Moleküle vom anderen Stoff rauszuziehen, wodurch der Stoff löslich ist. Aber nach diesem Gedankengang würden sich auch Stoffe lösen, bei dem die Flüssigkeit stark polar wäre, wobei der Festoff selbst nicht stark polar wäre (soweit ich weiß, stimmt das nicht). Warum also ist die Struktur so entscheidend?
1 Antwort
Deine Frage scheint zu sein, wovon es abhängt, ob und wie gut ein Stoff in einem anderen löslich bzw. mit ihm mischbar ist. Wenn das wirklich so gemeint ist, dann kann ich eine diffuse Antwort geben:
Das hängt von den möglichen Wechselwirkungen der beiden Stoffe ab, d.h., was die Moleküle des einen Typs mit denen des anderen Typs treiben können, immer im Vergleich dazu, was sie mit ihresgleichen an Unfug anstellen können. Und dabei müssen sowohl energetische als auch entropische Faktoren berücksichtigt werden.
Im Detail kann das ziemlich kompliziert werden, und manche Stoffpaare zeigen auch recht kompliziertes Verhalten, z.B. eine Mischungslücke in einem Temperaturbereich bei vollständiger Mischbarkeit außerhalb dieses Temperaturintervalls. So etwas zu berechnen ist haarsträubend schwierig, deshalb verzichtet man meist darauf.
Was man aber tun kann: Faustregeln anwenden. Letztlich hängen alle Wechselwirkungen zwischen Molekülen von den Strukturen der Moleküle (und evtl. den Strukturen der aus diesen Molekülen gebildeten Komplexe oder Aggregate) ab. Um bei Deinem Beispiel zu bleiben: Ja, H-Brücken sind eine Form der Wechselwirkung, aber sie können natürlich nur auftreten, wenn die Strukturen es erlauben (also geeignete H-Atome zu geeigneten O- oder N-Atomen des anderen Moleküls binden). Die Strukturen geben also vor, welche Wechselwirkungen möglich sind.
Und das ist natürlich bei jeder Wechselwirkung so. Dipol–Dipol-WW kann offenbar nur auftreten, wenn die Dipole vorhanden sind, und das hängt von der Struktur ab. Ob ein Molekül gut polarisierbar ist, hängt von der elektronischen Wellenfunktion ab, und das ist auch ein Strukturmerkmal, allerdings hängt es eher mit der Struktur der Atome selbst zusammen und weniger mit dem Aufbau des Moleküls.
Beantwortet das Deine Frage?
Ich verstehe immer noch nicht wirklich was Du willst. Also erzähle ich Dir einfach irgendetwas, was irgendwie mit dem Gefragten zusammenhängt und vielleicht (oder auch nicht) das ist, was Du wissen willst.
Nehmen wir an, wir haben einen polaren Stoff (z.B. Zucker) und wollen den in einem unpolaren Lösungsmittel (z.B. Benzin) lösen. In einer solchen Lösung gibt es potentiell drei Arten von Wechselwirkung:
- Die Zuckermoleküle haften sehr stark an den anderen Zuckermolekülen, weil beide polar sind und sogar noch H-Brücken ausbilden können.
- Das Lösungsmittel ist unpolar, daher sind wie Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Molekülen viel schwächer als beim Zucker.
- Ein gelöstes Zuckermolekül kann sich mit einer Hülle aus Lösungsmittelmolekülen umgeben. Die anziehenden Kräfte zwischen diesen Molekülen sind größer als die im Lösungsmittel (weil polare Moleküle stärker wechselwirken), aber immer noch viel kleiner als die zwischen zwei polaren Molekülen.
Der Grund, weshalb sich Zucker im Benzin löst, ist also nicht, weil Zucker- und Benzinmoleküle einander nicht ausstehen könnten; im Gegenteil, Benzinmolkeküle haben mehr Freude mit Zucker als mit ihresgleichen. Der wahre Grund ist, daß die Zuckermoleküle dabei mehr an Wechselwirkungsenergie verlieren würden, als das Lösungsmittel gewinnt.
Diese Betrachtung ist allerdings vereinfacht, weil wir die Entropie außer Acht gelassen haben. Die Entropie begünstigt fast immer die Lösung, weil die gelösten Moleküle in der Suppe herumsausen können und dabei viel Entropie (≈Unordnung) produzieren; natürlich kann es dazu Gegeneffekte geben, aber Lösungen mit negativer Lösungsentropie sind sehr selten.
Da die Entropie zur Lösung drängt und die Energie dagegen, wird sich ein Kompromiß einstellen, und ein kleines Bißchen Zucker löst sich im Benzin (vielleicht ein paar Milligramm pro Liter)
Vielen Dank für diese ausführliche Antwort. Eine Frage hätte ich noch zu deinem Beispiel: Können sich die Zuckermoleküle wirklich mit den Bezienmolekülen lösen? (Also nur vom theoretischen) oder, wie soll man sagen, können das die Zuckermoleküle gar nicht, weil diese (da diese eine Dipol Dipol WW mit dem "anderen" Molekül haben) von dem jeweils "anderen" Zuckermolekül sehr stark "festgehalten" werden (Um ein Molekül "abzuspalten", müsste man ja die Intermolekularen WW "brechen" )? Ist diese Regel, dass wenn das Lösungsmittel insgesamt nach dem Lösen zweier Stoffe eine kleinere Wechselwirkungen hat, als die einzelne Stoffe selber, Das lösen eher "verhindert" wird? Beziehungsweise daran festgemacht wird (wenn der Unterschied bspw sehr groß ist (zwischen WW von dem gelösten und den Stoffen, die gelöst werden sollen)), wann und ob sich zwei Stoffe gut lösen?
Hey, ich habe viel dazugelernt durch deine Antwort, ich habe bemerkt, dass meine Frage etwas schlecht formuliert gewesen ist, sodass ich sie ergänzt habe, damit du besser verstehst, was meine eigentliche Frage gewesen ist..