Wasser und Wasserstand

Question

Aufgabe:

Man gibt 100g Kochsalz in einem 500 ml Messkolben und füllt  bis zur Markierung mit Wasser auf.Wenn man anschließend schüttelt, bis sich das Salz gelöst hat, sinkt der Wasserstand. Gib eine Erklärung an.

Problem/Ansatz:

Ich weiß das es etwas mit einem Ionengitter zutun hat aber ich weiß nicht genau was die Lösung ist.

Answer 1

Hi, hier chemweazle,

Zu

Wasser und Wasserstand Reale Mischung NaCl-H2O Volumenkontraktion

Man gibt 100g Kochsalz in einem 500 ml Messkolben und füllt bis zur Markierung mit Wasser auf.Wenn man anschließend schüttelt, bis sich das Salz gelöst hat, sinkt der Wasserstand. Gib eine Erklärung an.
Problem/Ansatz:
Ich weiß das es etwas mit einem Ionengitter zutun hat aber ich weiß nicht genau was die Lösung ist.

Stichworte zum Thema: Reale Gemische , Volumenkontraktion, d.h. das Mischvolumen ist etwas kleiner als die Summe der Ausgangsvolumina der vermischten Komponenten, Anziehungskräfte zwischen den Teilchen der Komponenten sind im Gemisch untereinander größer

Bem.: Die fast thematisch inhaltsgleiche Frage wurde schon am 3. Juni 2020 gestellt.

Beim Befüllen des Meßzylinders mit der Masse von 100g NaCl und restlichen Volumen an Wasser bis zur Marke, ist das Gemisch noch nicht durchgemischt. Der größte Teil des Kochsalzes ist noch ungelöst. In der Nähe der Salzpartikel ist die Konzentration größer, als in den oberen Teilen der Lösung im Meßkolben.

Das Volumen der MIschung, auch Mischvolumen genannt, setzt sich fast nur aus dem Volumen der noch nicht aufgelösten Salzkörner und dem Volumen der umgebenden Flüssigkeit zusammen.

Beim Schütteln, auch beim Rühren, lösen sich die restlichen Salzkörner und die Konzentration der Lösung(Gemisch) ist an allen Stellen, am Boden des Meßkolbens sowie auch in den oberen Teilen des Meßkolbens gleich.

Nun aber trtiit eine Verkleinerung, Schrumpfung, Kontraktion, des Volumens der Mischung auf. Der offizielle Spitzname lautet Volumenkontraktion.
Durch die starken Anziehungskräfte zwischen den Anionen, Kationen und den Wassermolekülen, schrumpft das Volumen der Mischung, der NaCl-Lösung.

Diese Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen, die permanente elektrische Dipole sind, und den Ionen(Anionen und Kationen), heißen Debye`sche Kräfte, benannt nach dem Physiker Peter Debye.

Ein weiterer Effekt ist die Komplexierung der Natriumkationen durch die Wassermoleküle. Das heißt, es lagern sich Wassermoleküle an die postiv geladene Natriumkationen an. Die freie Beweglichkeit der Wassermoleküle ist dadurch stark eingeschränkt.
Jedes Natriumkation ist ein Aquo-Komplex, d.h. die Natriumionen sind alle mindestens mit jeweils 4, manche sogar mit 6 Wassermolekülen komplexiert.

[Na(H₂O)₄]⁽⁺⁾ und [Na(H₂O)₆]⁽⁺⁾

Skizze

Zwischen den komplexierten Kationen, den Chloridanionen und den Wassermolekülen sind die Anziehungskräfte so stark, das das Mischvoumen etwas kleiner ist, als die Summe der Volumina der beiden Komponenten.

Mischungen, bei denen solche Volumenkontraktionen auftreten, heißen offiziell Reale Gemische

.
Das Gegenteil zu den Realen Mischungen sind die Idealen Gemische.

Fall 1  Die ideale Mischung

Zwei Flüssigkeiten, Flüssigkeit A und Flüssigkeit B, werden gemischt.
Die Flüssigkeit A bestehe aus den Molekülen A. Die Flüssigkeit b bestehe aus den Molekülen B.
In der Mischung seien die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den beiden Molekülsorten A und B gleich groß wie zwischen den Molekülen A und B in den reinen Flüssigkeiten.
So ergibt sich das Volumen der Idealen Mischung exakt als Summe der eingesetzten Volumina der reinen Flüssigkeiten.
Also 1 Liter Flüssigkeit A plus 2 Liter Flüssigkeit B ergeben exakt ein Mischvolumen von 3 Liter.

Beispiele für ein ideale Gemische

1 l Toluol plus 1 l Benzol ergeben vermischt 2 l Lösung.

2 l Chloroform plus 1 l Dichlormethan ergeben vermischt, wie erwartet 3 l Lösung.

0,5 l n-Propanol pus 0,5 l n-Butanol ergeben, wie erwartet 1 l Volumen Lösung.

Fall 2  Die reale Mischung

Wenn im Gemisch der beiden Flüssigkeiten die Anziehungskräfte zwischen den beiden Molekülsorten, A und B, z.B. größer sind, als die Anziehungskräfte zwischen den A-Molekülen untereinander in der reinen Flüssigkei A und zwischen den Molekülen B der reinen Flüssigkeit B, so ist das Volumen der Mischung etwas kleiner, als die Summe der Volumina der eingesetzten Flüssigkeiten.

Man spricht hier von Volumenkontraktion

Beispiele für reale Gemische mit Volumenkontraktion wären die realen Lösungen von:

a). 1 l Wasser plus 1 l absolutierter Ethanol ergeben beim Vermischen nicht, wie erwartet 2 l Mischvolumen, sondern 1,96 l Mischvolumen.

b). Oder 0,1 l Konzentrierte Salzsäure vermischt mit 0,9 l Wasser ergeben ein Mischvolumen von 0,93 l, anstatt 1 l.

c).Beispiel aus einer anderen Aufgabe

11,8 g NaCl haben ein Volumen von 10 cm³ = 10 ml. Nach Zugabe von 50,0 ml Wasser wird das Volumen der Lösung zu 52,5 ml bestimmt.

Wäre diese NaCl-Lösung ein Ideales Gemisch , so wäre das Mischvolumen exakt die Summe der Volumina der Ausgangskomponenten also 10 ml plus 50 ml = 60 ml.

Also V(ideal) = ( 10 + 50 )ml = 60 ml
V(real) = 52,5 ml
Die Volumenkontraktion beträgt in diesem Fall: ( 60 - 52,5 )ml = 7,5 ml.