Was ist Lösungswärme?
Lösungswärme, auch als Enthalpieänderung der Lösung bekannt, ist die Änderung der Enthalpie, die auftritt, wenn ein bestimmter gelöster Stoff in einem Lösungsmittel gelöst wird, um eine Lösung zu bilden. Enthalpie ist ein Begriff, der in der Thermodynamik verwendet wird, um die Energie in einem System zu beschreiben. Man kann die Gesamtenthalpie eines Systems nicht direkt messen, daher wird die Änderung der Enthalpie eher für Messungen wie Lösungswärme als für die Gesamtenthalpie des Systems verwendet. Es gibt verschiedene Prozesse, die auftreten, wenn ein gelöster Stoff in einer Lösung gelöst wird, und jeder kann die Enthalpie der Lösung ändern. In vielen Fällen wird eine Vielzahl chemischer Bindungen aufgebrochen und es entstehen neue Bindungen, die alle zu einer Änderung der Enthalpie führen.
Es gibt drei Hauptaspekte der Auflösung eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel, die zur Lösungswärme beitragen. Erstens brechen die chemischen Wechselwirkungen, die gelöste Moleküle verbinden, wenn der gelöste Stoff hinzugefügt wird, was den Verbrauch von etwas Energie erfordert. Als nächstes brechen chemische Anziehungskräfte, die Lösungsmittelmoleküle verbinden, ebenfalls, wenn die gelösten Moleküle in das System eintreten, was wiederum einen Energieverbrauch erfordert. Nachdem diese Anziehungskräfte aufgebrochen sind, bilden sich schließlich neue Wechselwirkungen zwischen dem Lösungsmittel und den gelösten Molekülen, wodurch Energie freigesetzt wird.
Die ersten beiden Aspekte der Auflösung erfordern Energieeinsatz und werden als endotherme Prozesse bezeichnet. Der dritte Vorgang, bei dem sich Anziehungskräfte zwischen Lösungsmittel- und gelösten Molekülen bilden, wird als exothermer Prozess bezeichnet, da er Energie an das System abgibt. Um die Gesamtlösungswärme zu bestimmen, kann man einfach die Summe jeder Enthalpieänderung nehmen. In einigen Fällen erfordern die ersten beiden Teile der Auflösung mehr Energieeinsatz als die Bildung neuer Anziehungskräfte, was zu einem insgesamt endothermen Prozess führt. In anderen Fällen ist die endgültige Energiefreisetzung größer als die Energie, die zum Aufbrechen der Anziehungskräfte für gelösten Stoff und Lösungsmittel und Lösungsmittel erforderlich ist, sodass der Prozess insgesamt exotherm ist.
Es ist auch möglich, die Lösungswärme basierend auf Temperaturänderungen in einer Lösung zu messen. Ein überwiegend exothermer Prozess setzt Energie in das System frei und erhöht daher die Temperatur der Lösung. Ein primär endothermer Prozess verbraucht andererseits Energie und verringert daher die Reaktionstemperatur. Wenn man verschiedene Eigenschaften des gelösten Stoffs und des Lösungsmittels im Voraus kennt, kann man die Temperaturänderung verwenden, um die Lösungswärme mit angemessener Genauigkeit zu bestimmen.