Warum lösen sich Salze endotherm?

Warum lösen sich manche Salze endotherm?

Das Auflösen von Salzen in Wasser kann sich unterschiedlich auf die Temperatur der Lösung auswirken. Während einige Salze die Lösung erwärmen (exotherm), kühlen andere sie merklich ab (endotherm). Dieser Artikel beleuchtet die Gründe für die endotherme Auflösung bestimmter Salze.

Der Lösungsvorgang eines Salzes lässt sich in zwei grundlegende Schritte unterteilen:

1. Zerstörung des Kristallgitters: Die im festen Salz herrschenden starken elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den positiv und negativ geladenen Ionen, auch Gitterenergie genannt, müssen überwunden werden. Dies erfordert Energiezufuhr.

2. Hydratation der Ionen: Die freigesetzten Ionen werden von Wassermolekülen umgeben. Die Wassermoleküle orientieren sich mit ihrem partiell negativ geladenen Sauerstoffatom zu den Kationen und mit ihren partiell positiv geladenen Wasserstoffatomen zu den Anionen. Dieser Vorgang wird Hydratation genannt und setzt Energie frei (Hydratationsenthalpie).

Ob die Auflösung eines Salzes nun exotherm oder endotherm verläuft, hängt vom Verhältnis der Gitterenergie zur Hydratationsenthalpie ab:

• Exotherme Auflösung: Ist die Hydratationsenthalpie größer als die Gitterenergie, wird insgesamt mehr Energie freigesetzt als verbraucht. Die Lösung erwärmt sich.

• Endotherme Auflösung: Ist die Hydratationsenthalpie kleiner als die Gitterenergie, wird mehr Energie für die Zerstörung des Kristallgitters benötigt, als bei der Hydratation der Ionen freigesetzt wird. Die fehlende Energie wird der Umgebung, also der Lösung, entzogen, was zu einer Abkühlung führt.

Die Gitterenergie hängt von der Ladung und Größe der Ionen ab. Je höher die Ladung und je kleiner der Ionenradius, desto stärker die Anziehungskräfte und somit die Gitterenergie. Die Hydratationsenthalpie wird ebenfalls von Ladung und Größe der Ionen beeinflusst, aber auch von der Struktur der Wassermoleküle und deren Fähigkeit, sich um die Ionen anzuordnen.

Beispiele für Salze, die sich endotherm lösen, sind Ammoniumchlorid (NH₄Cl), Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) und Kaliumnitrat (KNO₃). Bei diesen Salzen ist die benötigte Energie zur Überwindung der Gitterenergie größer als die bei der Hydratation freiwerdende Energie. Daher kühlt sich die Lösung ab.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die endotherme Auflösung von Salzen auf ein Ungleichgewicht zwischen der benötigten Gitterenergie und der freigesetzten Hydratationsenthalpie zurückzuführen ist. Die starken Anziehungskräfte im Kristallgitter benötigen mehr Energie zur Überwindung, als die Hydratation der Ionen bereitstellen kann, was zu einer Abkühlung der Lösung führt.