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3. Wasser als Lösungsmittel

In der anorganischen Chemie ist Wasser das wichtigste Lösungsmittel. Im Folgenden werden kurz jene Eigenschaften behandelt, die dem Wasser zu dieser Sonderstellung verholfen haben.

Lösungsmittel und Lösungen
Flüssigkeiten, die Stoffe lösen, heißen Lösungsmittel. Sie sind gegenüber dem gelösten Stoff im Überschuss vorhanden. Nicht jedes Lösungsmittel kann auch jeden Stoff lösen. Wenn Wasser das Lösungsmittel ist, spricht man von wässrigen Lösungen. Gelöst werden können neben Feststoffen auch Flüssigkeiten und Gase. Lösungen sind immer homogene Stoffmischungen, d. h. man sieht ihnen nicht an, dass sie zwei oder mehrere Bestandteile enthalten. Eine Lösung ist immer klar und durchsichtig, selbst wenn sie intensiv gefärbt ist. Nicht alle wasserlöslichen Stoffe lösen sich gleich gut. Leicht löslich sind z. B. Kochsalz und Haushaltszucker. Sand löst sich beispielsweise in Wasser gar nicht.

Die Löslichkeit in einem bestimmten Lösungsmittel ist somit eine messbare Stoffeigenschaft. Sie gibt an, wie viel Gramm eines Stoffes sich in 100g Lösungsmittel lösen. Liegt eine gesättigte Lösung vor, ist im Lösungsmittel die Höchstmenge des entsprechenden Stoffes gelöst. Weitere Zugabe des Feststoffes würde zur Bildung eines unlöslichen Bodenkörpers führen.

Was passiert beim Lösen in Wasser?
Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasser und anderen Stoffen treten immer dann auf, wenn Wasserstoffatome stark polare Atombindungen eingehen, z. B. mit Alkoholen, Kohlehydraten und vielen Farbstoffen. Diese Verbindungen lassen sich ohne Probleme mit Wasser zu einer homogenen Flüssigkeit mischen.

ethanol_wasser

Abb. 10: Ethanol lässt sich problemlos in Wasser lösen. Dank seiner Polarität geht der Alkohol Wasserstoffbrückenbindungen mit den Wasserstoffatomen der Wassermoleküle ein.

Unpolare Stoffe (also Stoffe ohne Ladungsschwerpunkte d+/ d-) , wie z. B. Fette oder Öle lassen sich nicht mit Wasser mischen, da zwischen den unpolaren bzw. äußerst schwach polaren Molekülen und den Wasserdipolen keine elektrostatische Wechselwirkungen auftreten können.

Zwischen Ionen (das sind positiv oder negativ geladene Teilchen) und Wassermolekülen allerdings gibt es starke elektrostatische Wechselwirkungen.

Nach dem Prinzip „Gleiches löst sich in Gleichem“ ist Wasser
deshalb ein hervorragendes Lösungsmittel für polare Stoffe
(mit Ladungsschwerpunkten d+/ d-) und Ionen (geladene Teilchen).

Wenn man einen Stoff, der aus einem Ionengitter besteht (z. B. Kochsalz), in Wasser bringt, werden die zwischen den Ionen wirkenden elektrostatischen Anziehungskräfte soweit reduziert, dass die restlichen Anziehungskräfte im Gitter leicht überwunden werden können. Die aus einem Gitter oder Molekül abgespaltenen positiv und negativ geladenen Ionen werden von den Wassermolekülen sofort umhüllt. Man spricht hier von Hydratation. Durch die Wechselwirkungen zwischen Ionen und polaren Wassermolekülen bildet sich rund um jedes Ion eine kugelförmige Hydrathülle. Eine homogene Lösung ist entstanden.

hydratation

Abb. 11: Beispiel für eine Hydratation: Lösen von Kochsalz in Wasser

Durch die Hydrathüllen („Wasserhüllen“) sind die Ionen voneinander abgeschirmt und können erst dann wieder einen Feststoff bilden, wenn nicht mehr genügend Wassermoleküle zwischen ihnen sind. Dies ist z. B. der Fall, wenn Wasserfarbe trocknet oder gelöste Salze eingedampft werden.

Bei Verbindungen, die sich nicht in Wasser lösen, wirken zwischen den einzelnen Atomen meist sehr stabile Elektronenpaar- und Komplexbindungen (z. B. Sand). Ihr Verhalten in Wasser hängt von der Stabilität dieser Bindungen ab. Meist sind diese aber so stark, dass reines Wasser mit Zimmertemperatur auf keinen Fall ausreicht, sie zu spalten.

 

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