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Lösung [1]

[721] Lösung (Auflösung), die Vereinigung eines starren, flüssigen oder gasförmigen Körpers mit einem flüssigen zu einer homogenen Flüssigkeit, auch diese letztere selbst. Charakteristisch für die L. ist, daß der gelöste Stoff mit allen seinen Eigenschaften unverändert wieder erhalten werden kann, sobald man ihm das Lösungsmittel entzieht. So gibt Zucker mit Wasser eine vollkommene L., und wenn aus derselben das Wasser verdampft, so bleibt unveränderter Zucker zurück. Dagegen gibt Eisen beim Übergießen mit Schwefelsäure und Wasser zwar auch eine L.; aber das dabei unter Brausen entweichende Gas deutet schon auf einen chemischen Prozeß hin, und in der Tat entsteht hier eine L. von schwefelsaurem Eisenoxydul, welches Salz beim Verdampfen des Wassers zurückbleibt. Die gewöhnlichsten Lösungsmittel sind: Wasser, Alkohol und Äther, dann Benzin, Schwefelkohlenstoff, Chloroform. Wärme beschleunigt im allgemeinen die L., und meist nimmt ein Lösungsmittel bei höherer Temperatur größere Mengen löslicher Körper auf als bei niederer. Für jeden Temperaturgrad ist aber die Löslichkeit der Körper eine konstante; eine L., die von einem Körper so viel gelöst enthält, wie sie bei der betreffenden Temperatur gelöst enthalten kann, heißt gesättigt. Die Zahl, die angibt, wieviel Gewichtsteile eines festen Körpers mit 100 Teilen eines Lösungsmittels eine gesättigte L. bilden, heißt der Löslichkeitskoeffizient. Trägt man die bei verschiedenen Temperaturen bestimmten Koeffizienten in ein Koordinatennetz ein, so daß die Abszissen den Temperaturen, die Ordinaten der Anzahl der von 100 Teilen Flüssigkeit gelösten Teile fester Substanz entsprechen, und verbindet die betreffenden Punkte miteinander, so erhält man die Löslichkeitskurven. Wird eine gesättigte L. erwärmt, so vermag sie von demselben Körper abermals etwas zu lösen; wird sie aber abgekühlt, so scheidet sich ein der Abkühlung entsprechender Teil des gelösten Körpers, oft in Kristallen, aus, und die L. ist dann nur noch für diese niedere Temperatur gesättigt. Nicht bei allen Körpern wächst die Löslichkeit gleichmäßig mit der Temperatur, und manche sind in der Kälte löslicher als in der Wärme. Manche Körper zeigen auch bei einer bestimmten Temperatur ein Löslichkeitsmaximum. Oberhalb dieser Temperatur nimmt die Löslichkeit dieser Körper ab (z. B. die des Glaubersalzes oberhalb 34°), und man muß annehmen, daß bei dieser Temperatur eine Zersetzung des betreffenden Körpers stattfindet und ein neuer, weniger leicht löslicher Körper gebildet wird (aus Glaubersalz Na₂SO₄+10H₂O entsteht das Salz Na₂SO₄+H₂O). Wie Temperaturschwankungen, wirken auf die Löslichkeit auch Zusätze andrer Substanzen. Salze, die in Alkohol weniger löslich sind als in Wasser, werden aus ihrer wässerigen L. durch Alkohol gefällt. Die Löslichkeit des salpetersauren Natrons in Wasser wird verringert durch Gegenwart von Kochsalz, die des salpetersauren Bleies wird erhöht durch Gegenwart von salpetersaurem Kali. Einer L. kann der gelöste Körper durch Schütteln mit einer andern Flüssigkeit, in der er leichter löslich ist, größtenteils entzogen werden. So gehen Alkaloide aus wässeriger L. beim Schütteln mit Benzin, Amylalkohol etc. in[721] letztere über, und wenige Tropfen Schwefelkohlenstoff entziehen großen Quantitäten Wasser Spuren von gelöstem Jod. Häufig verläuft bei der Auflösung eines Körpers insofern ein chemischer Prozeß, als sich eine Verbindung des sich lösenden Körpers mit dem Lösungsmittel bildet. Löst man z. B. gewisse wasserfreie Salze in Wasser, so muß man in der L. diejenige Verbindung des Salzes mit Wasser als vorhanden annehmen, die beim Verdampfen des Lösungsmittels kristallisiert. In solchen Fällen wird bei Auflösung in der Regel Wärme frei, während in den Fällen, in denen sich keine chemische Verbindung bildet, meist viel Wärme gebunden wird, also oft eine bedeutende Temperaturerniedrigung stattfindet. Diejenige Wärmemenge, die 1 g einer Substanz bei seiner Auflösung zum Verschwinden bringt, heißt ihre Lösungswärme (vgl. Kältemischungen). Lösungen starrer Körper im Wasser sind stets spezifisch schwerer als reines Wasser, doch bewirken gleiche Gewichtsmengen verschiedener Körper bei der L. in gleich viel Wasser nicht die gleiche Erhöhung des spezifischen Gewichts. Zum Teil hängt dies mit Volumveränderungen zusammen, denn häufig findet bei der L. Verdichtung statt, seltener, z. B. beim Zucker, starke Volumvergrößerung. Die Lösungen besitzen einen je nach der Natur und Menge der gelösten Substanz ungleich erhöhten Siedepunkt. Die folgende Tabelle enthält die Siedepunkte einiger gesättigten Lösungen:

Da Lösungen bei höherer Temperatur sieden als das reine Lösungsmittel, so zeigen sie also auch bei gleichen Temperaturen niedere Dampfdrücke. Diese Verminderung des Dampfdruckes verhält sich zum Dampfdruck des Lösungsmittels wie die Zahl der Moleküle des gelösten Stoffes zu der Gesamtzahl der Moleküle. Analoge Gesetze gelten für das Gefrieren von Lösungen (s. Kryoskopie), und man hat mit Vorteil die Beobachtung der Dampfdruckverminderung und der Herabsetzung des Gefrierpunktes zur Bestimmung unbekannter Molekulargewichte benutzt. Manche Salze (schwefelsaures, kohlensaures, essigsaures, unterschwefligsaures Natron, Bittersalz, Chlorcalcium) bilden übersättigte Lösungen, d.h. gesättigte Lösungen können in vollkommener Ruhe, bei Abschluß der Luft oder unter einem lockern Pfropfen von Baumwolle unter die Temperatur erkalten, bei der sich ein Teil des gelösten Körpers ausscheiden sollte, ohne daß dies stattfindet; wenn aber die so entstandene übersättigte L. mit der Luft in Berührung kommt, umgegossen wird oder mit einem vorher nicht erhitzten Körper, besonders mit einem Kristall des gelösten Stoffes, berührt wird, so gibt sie plötzlich eine reiche Kristallisation oder erstarrt auch wohl zu einem Kristallbrei.

Nach der von van't Hoff aufgestellten Theorie befinden sich die Körper in verdünnten Lösungen in einem Zustand, welcher dem der Gase vergleichbar ist. Wie die Gase jeden ihnen gebotenen Raum vollständig ausfüllen und dabei auf die Gefäßwände einen Druck ausüben, der für eine gegebene Gasmenge dem Raum umgekehrt proportional ist, so verteilt sich ein gelöster Stoff durch Diffusion gleichmäßig durch die ganze Flüssigkeit und übt hierbei einen Druck aus, der demjenigen gleich ist, den er ausüben würde, wenn er bei derselben Temperatur und in demselben Raum Gasgestalt annehmen könnte. Der ausgeübte Druck entspricht der Konzentration, und nach dem Boyleschen Gesetz ist der Druck eines Gases proportional der Menge in der Volumeinheit, also der Konzentration. Ebenso gilt das Temperaturgesetz von Gay-Lussac für Lösungen und das Avogadrosche Gesetz: die osmotischen Drucke, die verschiedene gelöste Stoffe erzeugen, sind gleich, wenn die gelösten Mengen im Verhältnis der Molekulargewichte stehen.

Bei Salzen, Alkalien und starken unorganischen Säuren wurde der osmotische Druck, die Erniedrigung des Dampfdruckes und des Gefrierpunktes wässeriger Lösungen viel größer gefunden, als er der Theorie nach sein sollte, und man gelangte zu der Annahme, daß hier (analog der Erscheinung der abnormen Dampfdichten) eine Dissoziation der gelösten Stoffe stattgefunden habe. Nun sind aber jene Körper, welche die erwähnten Abweichungen von der Theorie zeigen, Elektrolyte, d.h. sie werden durch den galvanischen Strom in ihre binären Bestandteile oder Ionen zerlegt, und ihr gesamtes Verhalten findet befriedigende Erklärung, wenn man annimmt, daß die Elektrolyte nicht als Moleküle, sondern als Ionen in den Lösungen existieren. Diese Annahme hat sich durch viele Berechnungen als richtig ergeben. Man kann für eine gegebene L. eines bestimmten Stoffes genau ermitteln, welcher Bruchteil der gesamten Molekülzahl dissoziiert ist. Die Ionen, die in den Lösungen anzunehmen sind, dürfen nicht mehr mit den freien Elementen verwechselt werden. Freies Chlor ist Cl₂, in einer L. von Chlorkalium findet sich dagegen Cl und zwar mit enormer elektrischer Ladung, mithin auch mit andern Eigenschaften als Cl₂. Nach dem Gesetz von Faraday können elektrische Bewegungen in Elektrolyten nicht anders als unter gleichzeitiger Bewegung der Ionen stattfinden. Macht man einen elektrolytischen Leiter z. B. positiv elektrisch, so ist das nicht anders möglich, als indem sich in ihm ein Überschuß von positiv geladenen Ionen ansammelt. In einer positiv elektrischen L. von Chlorkalium müssen notwendig freie, positiv geladene Kaliumatome vorhanden sein. Nimmt man ihnen ihre elektrische Ladung, indem man einen mit der Erde verbundenen Draht in die Flüssigkeit taucht, so erhält das Kalium sofort seine gewöhnlichen Eigenschaften, es wirkt auf das Wasser unter Entwickelung von Wasserstoff und Bildung von Kali, die sich beide am Draht zeigen.

Nach van't Hoff soll auch eine L. im festen Zustand (feste L.) möglich sein. Im festen Aggregatzustand befindliche Gemische, die kein bloßes mechanisches Gemenge bilden, sondern durch gegenseitige molekulare Durchdringung der Komponenten entstanden sind, sind flüssigen Lösungen in vieler Hinsicht vergleichbar. Über kolloidale Lösungen s. Kolloide.