Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an welche Menge eines Reinstoffes in einem Lösungsmittel gelöst werden kann bis Sätti
Löslichkeitsprodukt

Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an, welche Menge eines Reinstoffes in einem Lösungsmittel gelöst werden kann, bis Sättigung eintritt, sich also das Löslichkeitsgleichgewicht eingestellt hat.
Löslichkeit bezeichnet die Eigenschaft des Stoffes, sich unter homogener Verteilung (als Atome, Moleküle oder Ionen) im Lösungsmittel zu vermischen, d. h. zu lösen. Zumeist ist das Lösungsmittel eine Flüssigkeit. Es gibt aber auch feste Lösungen, wie etwa bei Legierungen, Gläsern, keramischen Werkstoffen und dotierten Halbleitern. Bei der Lösung von Gasen in Flüssigkeiten bezeichnet der Begriff Löslichkeit einen Koeffizienten, der die in der Flüssigkeit gelöste Gasmenge bei einem bestimmten Druck des Gases angibt, wenn sich das Gas zwischen Gasraum und Flüssigkeit im Diffusionsgleichgewicht befindet, d. h. genau so viel hinein wie heraus diffundiert. Die Löslichkeit ist außerdem von der Temperatur, vom Druck (in geringem Umfang auch bei nicht gasförmigen Verbindungen) und bei einigen Verbindungen vom pH-Wert sowie der Salinität abhängig. Beispielhaft für die Abhängigkeit von der Salinität sei Ethanol genannt: Es ist beliebig in Süßwasser löslich, in Salzwasser jedoch fast unlöslich. Dieser Effekt wird beim Aussalzen genutzt. Unter anderem bei Proteinen kann das Salzen auch eine Erhöhung der Löslichkeit bewirken, dann wird vom Einsalzeffekt gesprochen. In der Kolloidchemie wird die Löslichkeit genauer untersucht und auch nach Partikelgröße, Stabilität etc. differenziert. Siehe auch: Gemisch und Entmischung.
Unterschiedliche Definitionen
Nach dem europäischen Arzneibuch versteht man unter Löslichkeit das bei Sättigung (höchstmöglicher Konzentration des Stoffs im Lösungsmittel) vorliegende Verhältnis von gelöster Stoffmasse zum Volumen des Lösungsmittels bei Raumtemperatur. Diese Definition unterscheidet sich von der Definition der Massenkonzentration, welche (trotz gleicher Einheit von g/l) das Verhältnis von Stoffmasse zu Volumen der Lösung angibt. Die Massenkonzentration wird zum Beispiel von der IUPAC als eine mögliche quantitative Angabe für die Löslichkeit definiert (analytische Zusammensetzung einer gesättigten Lösung, ausgedrückt in Form des Anteils eines gelösten Stoffes in einem bestimmten Lösungsmittel).
Das bekannte CRC Handbook of Chemistry and Physics gibt die Löslichkeit als Stoffmasse der Verbindung (mit Ausnahme des Kristallwassers von Hydraten), die sich in 100 g Wasser lösen lassen, an.
Im Allgemeinen unterscheidet man:
- qualitative Löslichkeit: Ist der Stoff in einem bestimmten Lösungsmittel überhaupt in erkennbarem Maße löslich?
- quantitative Löslichkeit: Sie gibt die genaue Stoffmenge an, die sich maximal im Einheitsvolumen eines bestimmten Lösungsmittels löst.
Qualitative Löslichkeit
Bei Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt gibt es aus thermodynamischen Gründen (Entropie) für jeden Stoff in jedem anderen Stoff eine gewisse Löslichkeit, wie es im Artikel Reinstoff beschrieben wird. Die zunehmende Genauigkeit der Analysemethoden bestätigt das. Eine Unterscheidung zwischen „löslich“ und „unlöslich“ ist von den gewählten Grenzbedingungen abhängig. Es handelt sich also um relative Feststellungen wie schwer löslich, begrenzt löslich oder unbegrenzt löslich ein Stoff in einem anderen ist.
Eine übliche Einteilung der Löslichkeiten ist über die Menge an maximal gelöstem Stoff gegeben.
Löslichkeiten:
- größer als 1 mol/l gelten als leicht löslich,
- zwischen 0,1 und 1 mol/l als mäßig löslich und
- unter 0,1 mol/l gelöstem Stoff bezeichnet man als schwer löslich.
In welchen Flüssigkeiten ein Feststoff gut löslich ist, hängt von Temperatur, den molekularen Eigenschaften des Stoffes und der Flüssigkeit ab. So sind salzartige Stoffe (Ionen-Verbindungen) fast nur in polaren Lösungsmitteln wie Wasser oder beispielsweise Fluorwasserstoff (HF) löslich. Viele lipophile („fettliebende“) Stoffe sind dagegen nur in organischen Lösungsmitteln wie Benzin [einem unpolaren („apolaren“) Lösungsmittel] nennenswert löslich. „Polar“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Moleküle des Lösungsmittels ein Dipolmoment aufweisen und deshalb mit geladenen (Ionen) oder ihrerseits polaren Molekülen des zu lösenden Stoffs in Wechselwirkung treten, jedoch ohne dass es zu einer Reaktion kommt. Einige Stoffe, zum Beispiel Ethanol oder Aceton, sind sowohl mit Wasser als auch mit unpolaren Lösungsmitteln in jedem Mengenverhältnis mischbar, da sie sowohl polare als auch unpolare Bereiche besitzen (amphiphil sind).
Die Polarität von Lösungsmitteln ist skalierbar: die elutrope Reihe.
Unterschiedliche Polaritäten und damit unterschiedliche Löslichkeiten werden in den chromatografischen Verfahren zum Trennen von Stoffen genutzt.
Quantitative Löslichkeit
Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt
Die quantitative Löslichkeit ist definiert als die Sättigungskonzentration eines Stoffs in einem reinen Lösungsmittel (zum Beispiel Wasser) bei einer bestimmten Temperatur.
Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel muss nicht begrenzt sein. So ist Schwefelsäure mit Wasser in beliebigen Verhältnissen mischbar.
Bei der Mischung von Phenol mit Wasser gibt es bei Raumtemperatur zwei Bereiche, eine Lösung von bis zu 8 % Phenol in Wasser und eine Lösung von bis zu 25 % Wasser in Phenol. Dazwischen bleibt ein Bereich „verbotener“ Mischungsverhältnisse. Werden Phenol und Wasser in diesen Verhältnissen zusammengemischt, führt dies zur Ausbildung von zwei flüssigen Phasen. Der Bereich der nicht möglichen Mischungsverhältnisse wird als Mischungslücke bezeichnet. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, der oberen kritischen Temperatur der Lösung, im Fall von Phenol und Wasser bei ca. 340 K (67 °C), ist das Gemisch jedoch vollständig in jedem Verhältnis mischbar.
Die quantitative Löslichkeit oder Löslichkeitsgrenze gibt bei begrenzt löslichen Systemen die maximale Konzentration des einen Stoffes in dem anderen an, bei der das Gemisch unter Gleichgewichtsbedingungen noch einphasig ist. Die Löslichkeitsgrenze ist temperaturabhängig. Wird die Löslichkeitsgrenze überschritten, so scheidet sich eine zweite Phase aus. Fehlt die nötige Aktivierungsenergie oder Diffusion für das Ausscheiden der zweiten Phase, so bleibt das Gemisch auch oberhalb der Löslichkeitsgrenze einphasig in einem metastabilen, übersättigten Zustand.
Bei Salzen folgt die Löslichkeit aus dem Löslichkeitsprodukt unter der Bedingung, dass sich das Salz in und Ionen teilt.
Liegt keines der beteiligten Ionen zusätzlich aus einer Mischung vor, kann die Löslichkeit des betreffenden Salzes berechnet werden. Die Löslichkeit des Salzes ist:
Die quantitative Löslichkeit wird, wie allgemein die Konzentration von Lösungen, in verschiedenen Einheiten angegeben (auch ergänzt um die Temperatur):
- g/l Lösung (Massenkonzentration), ggf. auch mg/l
- g/g Lösung (Massenanteil, „Massenprozent“ bei Bezug auf 100 g)
- l/l Lösung (Volumenkonzentration, Vol.-% bei Bezug auf 100 l), ggf. auch ml/l
- mol/l Lösung (Stoffmengenkonzentration)
- val/l Lösung (Normalität, veraltet)
- mol/kg Lösemittel (Molalität)
Beispiel für die Berechnung der Konzentration der gesättigten Lösung eines Salzes
Berechnung der Konzentration c für eine gesättigte Lösung von Aluminiumsulfat in Wasser, bei bekanntem KL
Das heißt: aus jedem Mol Aluminiumsulfat entstehen in der Lösung 2 Mol Aluminium- und 3 Mol Sulfationen. Weiterhin gelten folgende Zusammenhänge:
Die Faktoren vor c, wie die Exponenten in der vorhergehenden Gleichung, sind die stöchiometrischen Faktoren. In die Gleichung für KL eingesetzt, ergibt sich:
womit:
Die Zahlenwerte für die Löslichkeitsprodukte erhält man aus den freien Standard-Enthalpien.
Abhängigkeit von der Temperatur
Die Löslichkeit eines Stoffes in einem anderen hängt in erster Näherung von der Lösungsenthalpie ab: Ist die Lösungsreaktion endotherm (positive Lösungsenthalpie), so steigt die Löslichkeit beim Erhitzen. Bei einer exothermen Lösungsreaktion sinkt die Löslichkeit beim Erhitzen. Ist die Lösungsenthalpie annähernd null, wie etwa bei Kochsalz, so ändert sich die Löslichkeit bei einer Temperaturänderung kaum.
Wie hoch die Löslichkeit ist, hängt nicht nur von der Lösungsenthalpie, sondern auch von der Lösungsentropie ab. Eine negative Lösungsenthalpie trägt zwar zu einer guten Löslichkeit bei, dennoch kann ein Salz schwer löslich sein, falls die Lösungsentropie gleichfalls negativ ist.
Diese Aussage ist nicht für Salzhydrate gültig. So kann das Lösen von Calciumchlorid, je nach Hydrationsenergie, zu einer Abkühlung oder zur Erwärmung der Lösung führen.
Abhängigkeit von der Reinheit des Lösungsmittels
Für eine genaue Abschätzung der Löslichkeit einer Verbindung ist die Reinheit des Lösungsmittels zu beachten. So unterscheiden sich zum Beispiel natürliche Gewässer in mehreren Punkten vom reinsten Wasser. Sie können wesentlich saurer oder basischer sein als reinstes Wasser. So kann durch gelöstes Kohlendioxid oder sauren Regen das Wasser einen pH-Wert von bis zu 3 in Oberflächengewässern erreichen. Meerwasser dagegen ist in der Regel alkalisch mit einem mittleren pH-Wert von etwa 8,2. Daneben kann die Anwesenheit von natürlichen Huminstoffen im Wasser die Löslichkeit lipophiler Stoffe scheinbar erhöhen. Auch das Vorhandensein suspendierte Partikel („Trübstoffe“, „Schwebstoffe“) kann durch Absorption an deren Oberfläche die Löslichkeit scheinbar beeinflussen. Durch das in Meerwasser vorhandene Salz muss dieses als mehrphasiges System betrachtet werden. So erniedrigt sich in der Regel die Löslichkeit unpolarer Verbindungen in salzhaltigen Gewässern.
In solchen gemischten Lösungen, wie im natürlichen Wasser mit einer Vielzahl von Ionen, stimmen die Konzentrationen von Anionen und Kationen nicht stöchiometrisch paarweise überein (wie es der Lösung einzelner Salze entspräche). Ein Beispiel hierfür ist der gelöste Kalk, der durch gelöstes Kohlenstoffdioxid als Calciumhydrogencarbonat in Lösung geht und den wesentlichen Beitrag zur Wasserhärte bildet. Über das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensäure verschiebt sich mit dem wechselnden Kohlenstoffdioxidgehalt des Wassers (durch Atmung und Photosynthese der Wasserorganismen) auch die Konzentrationen der Carbonat- und Hydrogencarbonat-Anionen, die Konzentration der Calcium-Kationen bleibt unberührt. In diesem Fall entscheidet das Produkt aus den nicht äquivalenten Konzentrationen an Calcium- und Carbonat-Ionen darüber, ob und in welchem Umfang es wegen einer Überschreitung des Löslichkeitsproduktes zu einer Ausfällung von Calciumcarbonat (als Kesselstein oder Seekreide) kommt.
Verbale Einstufung nach Europäischem Arzneibuch
Das Europäische Arzneibuch definiert die folgenden Begriffe, bei 15 °C bis 25 °C:
Bezeichnung | V(Lösungsmittel) in ml je g Stoff | g·l−1 Lösungsmittel |
---|---|---|
sehr leicht löslich | < 1 | >1000 |
leicht löslich | 1 bis 10 | 100 bis 1000 |
löslich | 10 bis 30 | 33 bis 100 |
wenig löslich | 30 bis 100 | 10 bis 33 |
schwer löslich | 100 bis 1000 | 1 bis 10 |
sehr schwer löslich | 1000 bis 10000 | 0,1 bis 1 |
praktisch unlöslich | > 10000 | < 0,1 |
Bestimmung der Löslichkeit
Die genaue Bestimmung der Löslichkeit ist besonders bei im Lösungsmittel schwerlöslichen Stoffen nicht einfach. Dies liegt an der erforderlichen (oft sehr langsamen) Gleichgewichtseinstellung und der Anwesenheit von ungelösten Partikeln der zu messenden Stoffe im Lösungsmittel. Diese Schwierigkeiten können durch die Säulenelutionsmethode vermieden werden.
Besonders hinderlich ist die Neigung mancher Stoffe zur Ausbildung kolloidaler Lösungen, die eine zu hohe Löslichkeit vortäuscht. Ein besonders anschauliches Beispiel dafür ist die Bestimmung der Wasserlöslichkeit extrem hydrophober Stoffe wie der Permethylsiloxane.
Die Wasserlöslichkeit leichter löslicher Stoffe (über ca. 10 mg/l) können nach der Kolbenmethode (Shake-Flask) bestimmt werden. Bei dieser wird der Wert durch Sättigung der Wasserphase bei geringfügig erhöhter Temperatur und anschließende Konzentrationsbestimmung nach Äquilibrierung und Abtrennung des ungelösten Stoffs gemessen. Eine weitere Methode ist die potentiometrische Titration.
Die Wasserlöslichkeit eines Stoffs kann auch aus ihrem Verteilungskoeffizienten zwischen 1-Octanol und Wasser (KOW) abgeschätzt werden. Besonders wenn es eine Reihe von strukturell verwandten Chemikalien gibt, lassen sich durch die quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehung die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Stoffs gut abschätzen. beispielsweise mittels EPI Suite.
Bestimmung durch Leitfähigkeitsmessungen
Für in Wasser sehr schwer lösliche Salze (z. B. BaSO4, PbS, HgS, AgCl) kann das Löslichkeitsprodukt aus Leitfähigkeitsmessungen mit empfindlichen Konduktometern ermittelt werden. Zur Berechnung wird ferner die Grenzleitfähigkeit des Salzes bei unendlicher Verdünnung benötigt.
Friedrich Kohlrausch und Arnold F. Holleman entwickelten diese Bestimmungsmethode.
Lösung von Gasen in Flüssigkeiten
An der Grenzfläche zwischen Gasen und Flüssigkeiten kommt es durch Diffusion zum Austausch von Gasmolekülen zwischen der Lösung und dem Gasraum. Dabei ist der Eintritt von Molekülen in die Lösung proportional dem Partialdruck des Gases, und der Austritt ist proportional der Konzentration des Gases in der Lösung (siehe Henry-Gesetz). Bei der sogenannten Sättigungskonzentration herrscht ein dynamisches Gleichgewicht zwischen beiden Diffusionsrichtungen. Die Sättigungskonzentration ist proportional zum Partialdruck im Gasraum. Die verbindende Proportionalitätskonstante wird hier als Löslichkeit, präziser als Löslichkeitskoeffizient, bezeichnet:
- GaslöslichkeitGas i = Sättigungskonzentrationi / Partialdrucki
Der Index i bezieht sich dabei auf das Gas in möglichen gemischten Lösungen, wie etwa bei der Lösung des Gasgemisches „Luft“ in Wasser.
In der Regel nimmt die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten mit steigender Temperatur ab. Ebenso wirken sich im Wasser gelöste Feststoffe mindernd auf die Gaslöslichkeit aus. Deshalb ist beispielsweise in Meerwasser weniger Sauerstoff löslich als in Süßwasser. Es sei darauf hingewiesen, dass auch hier Ausnahmen möglich sind. So ist die Löslichkeit von Wasserstoff bei einer Temperatur von 50 °C am geringsten, während sie bei höheren oder niedrigeren Temperaturen zunimmt.
Eine Abweichung von der Proportionalität zwischen Gasdruck und Gleichgewichtskonzentration macht sich erst bei hohen Drücken (im Vergleich zum Atmosphärendruck) bemerkbar.
Lösung in Feststoffen
Die Gesetzmäßigkeiten der Löslichkeit bleiben prinzipiell auch für Feststoffe erhalten. Auch hier können unterschiedliche Phasen beobachtet werden. Ist ein festes Gemisch einphasig, liegt eine Lösung vor. Kristalline Stoffe bilden dabei Mischkristalle oder intermetallische Verbindungen. Getrennte Phasen liegen oft sehr feinverteilt vor. Dies ist besonders der Fall bei gegenüber der Diffusionsgeschwindigkeit hoher Abkühlgeschwindigkeit bei der Entstehung oder bei eutektischer Zusammensetzung. Daher ist mit bloßem Auge eine Beurteilung der Löslichkeit meist nicht möglich, besonders da auch einphasige Systeme oft kristallin gekörnt sind und außerdem interkristalline Korngrenzenphasen entstehen können. Hilfsmittel sind Diagramme des Temperaturverlaufes der Abkühlung, wo Phasenumwandlungen als Haltepunkte oder Knicke erscheinen, und lichtmikroskopische sowie weitere kristallographische Untersuchungen mit noch höherem Aufwand.
Wesentlich häufiger als bei Flüssigkeiten liegen bei Feststoffen metastabile Lösungen vor. Diese entstehen besonders dann, wenn im bereits erstarrten Gemisch bei Temperaturabnahme die Löslichkeit abnimmt und keine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit mehr gegeben ist. Durch Lösungsglühen kann eine gleichmäßige Löslichkeit in einer Legierung nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht erreicht werden.
Die Löslichkeit von Feststoffen ineinander, die in den Stoffgemischen entstehenden Phasen und die Veränderung dieser in Abhängigkeit von Mengenanteilen und der Temperatur ist von großer Bedeutung für die Bildung technischer Legierungen. Dabei ist auch oft eine Mehrphasigkeit erwünscht. Kupfer/Nickel und Silber/Gold sind Beispiele für Systeme mit vollständiger Löslichkeit bei jeder Zusammensetzung, das Letztere kommt als Elektron auch natürlich vor. Stähle sind dagegen weit überwiegend mehrphasig (Ferrit, Austenit, Martensit, Zementit), als einphasige Legierungen sind nur hochlegierte ferritische Chromstähle mit 15 % bis 30 % Chrom und weniger als 0,1 % Kohlenstoff von technischer Bedeutung. Das System Kupfer/Zink hat bei Raumtemperatur fünf verschiedene Phasen, die durch Mischungslücken getrennt sind. Je nach Zusammensetzung liegt nur eine davon oder in der Mischungslücke zwischen zwei Phasen ein Gemisch dieser beiden vor. Im technisch relevanten Bereich (Messing: Kupfergehalt min. 50 %) liegen zwei dieser Phasen.
Das System Kupfer/Zinn, zu dem die Zinnbronze als älteste technische Legierung gehört, ist ein Beispiel für metastabile Verhältnisse: Zwischen 520 °C und 586 °C ist Zinn in Kupfer mit einem Anteil bis zu 15,8 % der bei dieser Temperatur bereits festen Legierung löslich. Obwohl bei Raumtemperatur im Gleichgewicht die Löslichkeit von Zinn nahe null liegt, bleibt Material, das bei der erhöhten Temperatur eine solche Zinnkonzentration nicht überschritten hat, bei weiterer Abkühlung einphasig, da nun kaum noch Diffusion stattfindet. Andererseits entmischt sich bereits bei der vorangehenden Erstarrung die Schmelze und das zuletzt erstarrte Material kann die Grenze von 15,8 % Zinn schon bei deutlich niedrigeren Zinngehalten der Legierung überschreiten. Wegen der großen Diffusionsträgheit des Zinns können diese Konzentrationsunterschiede nur durch längeres Glühen bei ca. 750 °C ausgeglichen werden. Beide Effekte zusammen führen dazu, dass gegossene Zinnbronze je nach Abkühlgeschwindigkeit bei Zinngehalten von maximal 4 % bis 6 % einphasig ist und durch Glühen sogar Einphasigkeit bis 15 % erreicht werden kann, obwohl bei Raumtemperatur keine nennenswerte Löslichkeit gegeben ist.
Siehe auch
- Van-’t-Hoff-Faktor
- Aussalzen
- Eigenioneneffekt
- Einsalzeffekt
- Henry-Gesetz
- Wasser als Lösungsmittel
- Überkritisches Wasser
Weblinks
Einzelnachweise
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- Jander, Blasius: Einführung in das anorganisch-Chemische Praktikum. 14. Auflage. S.Hirzel, Leipzig 1995, ISBN 3-7776-0672-3.
- Walter Klöpffer: Verhalten und Abbau von Umweltchemikalien. Wiley, 2013, ISBN 978-3-527-32673-0, S. 36 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie das Basiswissen der Chemie; 126 Tabellen. Georg Thieme Verlag, 2007, ISBN 978-3-13-484309-5, S. 207 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Rudi Hutterer: Fit in Anorganik Das Prüfungstraining für Mediziner, Chemiker und Biologen. Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8348-2304-5, S. 284 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
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- Untersuchungen zu Auswirkungen biochemischer Prozesse auf die Speicherung und Fließverhalten von Wasserstoff in Untergrundspeichern. (PDF; 4,25 MB) DBI, abgerufen am 5. Februar 2025.
Autor: www.NiNa.Az
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Die Loslichkeit eines Stoffes gibt an welche Menge eines Reinstoffes in einem Losungsmittel gelost werden kann bis Sattigung eintritt sich also das Loslichkeitsgleichgewicht eingestellt hat Auflosen von Salz als Beispiel fur eine losliche Verbindung Loslichkeit bezeichnet die Eigenschaft des Stoffes sich unter homogener Verteilung als Atome Molekule oder Ionen im Losungsmittel zu vermischen d h zu losen Zumeist ist das Losungsmittel eine Flussigkeit Es gibt aber auch feste Losungen wie etwa bei Legierungen Glasern keramischen Werkstoffen und dotierten Halbleitern Bei der Losung von Gasen in Flussigkeiten bezeichnet der Begriff Loslichkeit einen Koeffizienten der die in der Flussigkeit geloste Gasmenge bei einem bestimmten Druck des Gases angibt wenn sich das Gas zwischen Gasraum und Flussigkeit im Diffusionsgleichgewicht befindet d h genau so viel hinein wie heraus diffundiert Die Loslichkeit ist ausserdem von der Temperatur vom Druck in geringem Umfang auch bei nicht gasformigen Verbindungen und bei einigen Verbindungen vom pH Wert sowie der Salinitat abhangig Beispielhaft fur die Abhangigkeit von der Salinitat sei Ethanol genannt Es ist beliebig in Susswasser loslich in Salzwasser jedoch fast unloslich Dieser Effekt wird beim Aussalzen genutzt Unter anderem bei Proteinen kann das Salzen auch eine Erhohung der Loslichkeit bewirken dann wird vom Einsalzeffekt gesprochen In der Kolloidchemie wird die Loslichkeit genauer untersucht und auch nach Partikelgrosse Stabilitat etc differenziert Siehe auch Gemisch und Entmischung Unterschiedliche DefinitionenNach dem europaischen Arzneibuch versteht man unter Loslichkeit das bei Sattigung hochstmoglicher Konzentration des Stoffs im Losungsmittel vorliegende Verhaltnis von geloster Stoffmasse zum Volumen des Losungsmittels bei Raumtemperatur Diese Definition unterscheidet sich von der Definition der Massenkonzentration welche trotz gleicher Einheit von g l das Verhaltnis von Stoffmasse zu Volumen der Losung angibt Die Massenkonzentration wird zum Beispiel von der IUPAC als eine mogliche quantitative Angabe fur die Loslichkeit definiert analytische Zusammensetzung einer gesattigten Losung ausgedruckt in Form des Anteils eines gelosten Stoffes in einem bestimmten Losungsmittel Das bekannte CRC Handbook of Chemistry and Physics gibt die Loslichkeit als Stoffmasse der Verbindung mit Ausnahme des Kristallwassers von Hydraten die sich in 100 g Wasser losen lassen an Im Allgemeinen unterscheidet man qualitative Loslichkeit Ist der Stoff in einem bestimmten Losungsmittel uberhaupt in erkennbarem Masse loslich quantitative Loslichkeit Sie gibt die genaue Stoffmenge an die sich maximal im Einheitsvolumen eines bestimmten Losungsmittels lost Qualitative LoslichkeitBei Temperaturen uber dem absoluten Nullpunkt gibt es aus thermodynamischen Grunden Entropie fur jeden Stoff in jedem anderen Stoff eine gewisse Loslichkeit wie es im Artikel Reinstoff beschrieben wird Die zunehmende Genauigkeit der Analysemethoden bestatigt das Eine Unterscheidung zwischen loslich und unloslich ist von den gewahlten Grenzbedingungen abhangig Es handelt sich also um relative Feststellungen wie schwer loslich begrenzt loslich oder unbegrenzt loslich ein Stoff in einem anderen ist Eine ubliche Einteilung der Loslichkeiten ist uber die Menge an maximal gelostem Stoff gegeben Loslichkeiten grosser als 1 mol l gelten als leicht loslich zwischen 0 1 und 1 mol l als massig loslich und unter 0 1 mol l gelostem Stoff bezeichnet man als schwer loslich In welchen Flussigkeiten ein Feststoff gut loslich ist hangt von Temperatur den molekularen Eigenschaften des Stoffes und der Flussigkeit ab So sind salzartige Stoffe Ionen Verbindungen fast nur in polaren Losungsmitteln wie Wasser oder beispielsweise Fluorwasserstoff HF loslich Viele lipophile fettliebende Stoffe sind dagegen nur in organischen Losungsmitteln wie Benzin einem unpolaren apolaren Losungsmittel nennenswert loslich Polar bedeutet in diesem Zusammenhang dass die Molekule des Losungsmittels ein Dipolmoment aufweisen und deshalb mit geladenen Ionen oder ihrerseits polaren Molekulen des zu losenden Stoffs in Wechselwirkung treten jedoch ohne dass es zu einer Reaktion kommt Einige Stoffe zum Beispiel Ethanol oder Aceton sind sowohl mit Wasser als auch mit unpolaren Losungsmitteln in jedem Mengenverhaltnis mischbar da sie sowohl polare als auch unpolare Bereiche besitzen amphiphil sind Die Polaritat von Losungsmitteln ist skalierbar die elutrope Reihe Unterschiedliche Polaritaten und damit unterschiedliche Loslichkeiten werden in den chromatografischen Verfahren zum Trennen von Stoffen genutzt Quantitative LoslichkeitLoslichkeit und Loslichkeitsprodukt Die quantitative Loslichkeit ist definiert als die Sattigungskonzentration eines Stoffs in einem reinen Losungsmittel zum Beispiel Wasser bei einer bestimmten Temperatur Die Loslichkeit eines Stoffes in einem Losungsmittel muss nicht begrenzt sein So ist Schwefelsaure mit Wasser in beliebigen Verhaltnissen mischbar Flussig Flussig Gleichgewicht im Phenol Wasser Gemisch Bei der Mischung von Phenol mit Wasser gibt es bei Raumtemperatur zwei Bereiche eine Losung von bis zu 8 Phenol in Wasser und eine Losung von bis zu 25 Wasser in Phenol Dazwischen bleibt ein Bereich verbotener Mischungsverhaltnisse Werden Phenol und Wasser in diesen Verhaltnissen zusammengemischt fuhrt dies zur Ausbildung von zwei flussigen Phasen Der Bereich der nicht moglichen Mischungsverhaltnisse wird als Mischungslucke bezeichnet Oberhalb einer bestimmten Temperatur der oberen kritischen Temperatur der Losung im Fall von Phenol und Wasser bei ca 340 K 67 C ist das Gemisch jedoch vollstandig in jedem Verhaltnis mischbar Die quantitative Loslichkeit oder Loslichkeitsgrenze gibt bei begrenzt loslichen Systemen die maximale Konzentration des einen Stoffes in dem anderen an bei der das Gemisch unter Gleichgewichtsbedingungen noch einphasig ist Die Loslichkeitsgrenze ist temperaturabhangig Wird die Loslichkeitsgrenze uberschritten so scheidet sich eine zweite Phase aus Fehlt die notige Aktivierungsenergie oder Diffusion fur das Ausscheiden der zweiten Phase so bleibt das Gemisch auch oberhalb der Loslichkeitsgrenze einphasig in einem metastabilen ubersattigten Zustand Bei Salzen folgt die Loslichkeit L displaystyle L aus dem Loslichkeitsprodukt KL displaystyle K L unter der Bedingung dass sich das Salz AmBn displaystyle A m B n in m A displaystyle m text A und n B displaystyle n text B Ionen teilt KL ceqm A ceqn B displaystyle K L c eq m mathrm A cdot c eq n mathrm B Liegt keines der beteiligten Ionen zusatzlich aus einer Mischung vor kann die Loslichkeit des betreffenden Salzes berechnet werden Die Loslichkeit des Salzes AmBn displaystyle A m B n ist L ceq A m ceq B n KLnn mmn m displaystyle L frac c eq mathrm A m frac c eq mathrm B n sqrt n m frac K L n n cdot m m Die quantitative Loslichkeit wird wie allgemein die Konzentration von Losungen in verschiedenen Einheiten angegeben auch erganzt um die Temperatur g l Losung Massenkonzentration ggf auch mg l g g Losung Massenanteil Massenprozent bei Bezug auf 100 g l l Losung Volumenkonzentration Vol bei Bezug auf 100 l ggf auch ml l mol l Losung Stoffmengenkonzentration val l Losung Normalitat veraltet mol kg Losemittel Molalitat Beispiel fur die Berechnung der Konzentration der gesattigten Losung eines Salzes Berechnung der Konzentration c fur eine gesattigte Losung von Aluminiumsulfat in Wasser bei bekanntem KL Al2 SO4 3 2 Al3 3 SO42 displaystyle mathrm Al 2 SO 4 3 rightleftharpoons 2 Al 3 3 SO 4 2 KL ceq2 Al3 ceq3 SO42 displaystyle K L c eq 2 mathrm Al 3 cdot c eq 3 mathrm SO 4 2 Das heisst aus jedem Mol Aluminiumsulfat entstehen in der Losung 2 Mol Aluminium und 3 Mol Sulfationen Weiterhin gelten folgende Zusammenhange ceq Al3 2cundceq SO42 3c displaystyle c eq mathrm Al 3 2 c quad text und quad c eq mathrm SO 4 2 3 c Die Faktoren vor c wie die Exponenten in der vorhergehenden Gleichung sind die stochiometrischen Faktoren In die Gleichung fur KL eingesetzt ergibt sich KL 2c 2 3c 3 displaystyle K L 2 c 2 cdot 3 c 3 womit c KL22 335 displaystyle c sqrt 5 frac K L 2 2 cdot 3 3 Die Zahlenwerte fur die Loslichkeitsprodukte erhalt man aus den freien Standard Enthalpien Abhangigkeit von der Temperatur Loslichkeit einiger Salze in Wasser bei verschiedenen Temperaturen Die Loslichkeit eines Stoffes in einem anderen hangt in erster Naherung von der Losungsenthalpie ab Ist die Losungsreaktion endotherm positive Losungsenthalpie so steigt die Loslichkeit beim Erhitzen Bei einer exothermen Losungsreaktion sinkt die Loslichkeit beim Erhitzen Ist die Losungsenthalpie annahernd null wie etwa bei Kochsalz so andert sich die Loslichkeit bei einer Temperaturanderung kaum Wie hoch die Loslichkeit ist hangt nicht nur von der Losungsenthalpie sondern auch von der Losungsentropie ab Eine negative Losungsenthalpie tragt zwar zu einer guten Loslichkeit bei dennoch kann ein Salz schwer loslich sein falls die Losungsentropie gleichfalls negativ ist Diese Aussage ist nicht fur Salzhydrate gultig So kann das Losen von Calciumchlorid je nach Hydrationsenergie zu einer Abkuhlung oder zur Erwarmung der Losung fuhren Abhangigkeit von der Reinheit des Losungsmittels Fur eine genaue Abschatzung der Loslichkeit einer Verbindung ist die Reinheit des Losungsmittels zu beachten So unterscheiden sich zum Beispiel naturliche Gewasser in mehreren Punkten vom reinsten Wasser Sie konnen wesentlich saurer oder basischer sein als reinstes Wasser So kann durch gelostes Kohlendioxid oder sauren Regen das Wasser einen pH Wert von bis zu 3 in Oberflachengewassern erreichen Meerwasser dagegen ist in der Regel alkalisch mit einem mittleren pH Wert von etwa 8 2 Daneben kann die Anwesenheit von naturlichen Huminstoffen im Wasser die Loslichkeit lipophiler Stoffe scheinbar erhohen Auch das Vorhandensein suspendierte Partikel Trubstoffe Schwebstoffe kann durch Absorption an deren Oberflache die Loslichkeit scheinbar beeinflussen Durch das in Meerwasser vorhandene Salz muss dieses als mehrphasiges System betrachtet werden So erniedrigt sich in der Regel die Loslichkeit unpolarer Verbindungen in salzhaltigen Gewassern In solchen gemischten Losungen wie im naturlichen Wasser mit einer Vielzahl von Ionen stimmen die Konzentrationen von Anionen und Kationen nicht stochiometrisch paarweise uberein wie es der Losung einzelner Salze entsprache Ein Beispiel hierfur ist der geloste Kalk der durch gelostes Kohlenstoffdioxid als Calciumhydrogencarbonat in Losung geht und den wesentlichen Beitrag zur Wasserharte bildet Uber das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensaure verschiebt sich mit dem wechselnden Kohlenstoffdioxidgehalt des Wassers durch Atmung und Photosynthese der Wasserorganismen auch die Konzentrationen der Carbonat und Hydrogencarbonat Anionen die Konzentration der Calcium Kationen bleibt unberuhrt In diesem Fall entscheidet das Produkt aus den nicht aquivalenten Konzentrationen an Calcium und Carbonat Ionen daruber ob und in welchem Umfang es wegen einer Uberschreitung des Loslichkeitsproduktes zu einer Ausfallung von Calciumcarbonat als Kesselstein oder Seekreide kommt Verbale Einstufung nach Europaischem Arzneibuch Das Europaische Arzneibuch definiert die folgenden Begriffe bei 15 C bis 25 C Bezeichnung V Losungsmittel in ml je g Stoff g l 1 Losungsmittelsehr leicht loslich lt 1 gt 1000leicht loslich 1 bis 10 100 bis 1000loslich 10 bis 30 33 bis 100wenig loslich 30 bis 100 10 bis 33schwer loslich 100 bis 1000 1 bis 10sehr schwer loslich 1000 bis 10000 0 1 bis 1praktisch unloslich gt 10000 lt 0 1Bestimmung der Loslichkeit Die genaue Bestimmung der Loslichkeit ist besonders bei im Losungsmittel schwerloslichen Stoffen nicht einfach Dies liegt an der erforderlichen oft sehr langsamen Gleichgewichtseinstellung und der Anwesenheit von ungelosten Partikeln der zu messenden Stoffe im Losungsmittel Diese Schwierigkeiten konnen durch die Saulenelutionsmethode vermieden werden Besonders hinderlich ist die Neigung mancher Stoffe zur Ausbildung kolloidaler Losungen die eine zu hohe Loslichkeit vortauscht Ein besonders anschauliches Beispiel dafur ist die Bestimmung der Wasserloslichkeit extrem hydrophober Stoffe wie der Permethylsiloxane Die Wasserloslichkeit leichter loslicher Stoffe uber ca 10 mg l konnen nach der Kolbenmethode Shake Flask bestimmt werden Bei dieser wird der Wert durch Sattigung der Wasserphase bei geringfugig erhohter Temperatur und anschliessende Konzentrationsbestimmung nach Aquilibrierung und Abtrennung des ungelosten Stoffs gemessen Eine weitere Methode ist die potentiometrische Titration Die Wasserloslichkeit eines Stoffs kann auch aus ihrem Verteilungskoeffizienten zwischen 1 Octanol und Wasser KOW abgeschatzt werden Besonders wenn es eine Reihe von strukturell verwandten Chemikalien gibt lassen sich durch die quantitative Struktur Wirkungs Beziehung die physikalisch chemischen Eigenschaften des Stoffs gut abschatzen beispielsweise mittels EPI Suite Bestimmung durch Leitfahigkeitsmessungen Fur in Wasser sehr schwer losliche Salze z B BaSO4 PbS HgS AgCl kann das Loslichkeitsprodukt aus Leitfahigkeitsmessungen mit empfindlichen Konduktometern ermittelt werden Zur Berechnung wird ferner die Grenzleitfahigkeit des Salzes bei unendlicher Verdunnung benotigt Friedrich Kohlrausch und Arnold F Holleman entwickelten diese Bestimmungsmethode Losung von Gasen in FlussigkeitenAn der Grenzflache zwischen Gasen und Flussigkeiten kommt es durch Diffusion zum Austausch von Gasmolekulen zwischen der Losung und dem Gasraum Dabei ist der Eintritt von Molekulen in die Losung proportional dem Partialdruck des Gases und der Austritt ist proportional der Konzentration des Gases in der Losung siehe Henry Gesetz Bei der sogenannten Sattigungskonzentration herrscht ein dynamisches Gleichgewicht zwischen beiden Diffusionsrichtungen Die Sattigungskonzentration ist proportional zum Partialdruck im Gasraum Die verbindende Proportionalitatskonstante wird hier als Loslichkeit praziser als Loslichkeitskoeffizient bezeichnet GasloslichkeitGas i Sattigungskonzentrationi Partialdrucki Der Index i bezieht sich dabei auf das Gas in moglichen gemischten Losungen wie etwa bei der Losung des Gasgemisches Luft in Wasser In der Regel nimmt die Loslichkeit von Gasen in Flussigkeiten mit steigender Temperatur ab Ebenso wirken sich im Wasser geloste Feststoffe mindernd auf die Gasloslichkeit aus Deshalb ist beispielsweise in Meerwasser weniger Sauerstoff loslich als in Susswasser Es sei darauf hingewiesen dass auch hier Ausnahmen moglich sind So ist die Loslichkeit von Wasserstoff bei einer Temperatur von 50 C am geringsten wahrend sie bei hoheren oder niedrigeren Temperaturen zunimmt Eine Abweichung von der Proportionalitat zwischen Gasdruck und Gleichgewichtskonzentration macht sich erst bei hohen Drucken im Vergleich zum Atmospharendruck bemerkbar Losung in FeststoffenDie Gesetzmassigkeiten der Loslichkeit bleiben prinzipiell auch fur Feststoffe erhalten Auch hier konnen unterschiedliche Phasen beobachtet werden Ist ein festes Gemisch einphasig liegt eine Losung vor Kristalline Stoffe bilden dabei Mischkristalle oder intermetallische Verbindungen Getrennte Phasen liegen oft sehr feinverteilt vor Dies ist besonders der Fall bei gegenuber der Diffusionsgeschwindigkeit hoher Abkuhlgeschwindigkeit bei der Entstehung oder bei eutektischer Zusammensetzung Daher ist mit blossem Auge eine Beurteilung der Loslichkeit meist nicht moglich besonders da auch einphasige Systeme oft kristallin gekornt sind und ausserdem interkristalline Korngrenzenphasen entstehen konnen Hilfsmittel sind Diagramme des Temperaturverlaufes der Abkuhlung wo Phasenumwandlungen als Haltepunkte oder Knicke erscheinen und lichtmikroskopische sowie weitere kristallographische Untersuchungen mit noch hoherem Aufwand Wesentlich haufiger als bei Flussigkeiten liegen bei Feststoffen metastabile Losungen vor Diese entstehen besonders dann wenn im bereits erstarrten Gemisch bei Temperaturabnahme die Loslichkeit abnimmt und keine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit mehr gegeben ist Durch Losungsgluhen kann eine gleichmassige Loslichkeit in einer Legierung nahe dem thermodynamischen Gleichgewicht erreicht werden Die Loslichkeit von Feststoffen ineinander die in den Stoffgemischen entstehenden Phasen und die Veranderung dieser in Abhangigkeit von Mengenanteilen und der Temperatur ist von grosser Bedeutung fur die Bildung technischer Legierungen Dabei ist auch oft eine Mehrphasigkeit erwunscht Kupfer Nickel und Silber Gold sind Beispiele fur Systeme mit vollstandiger Loslichkeit bei jeder Zusammensetzung das Letztere kommt als Elektron auch naturlich vor Stahle sind dagegen weit uberwiegend mehrphasig Ferrit Austenit Martensit Zementit als einphasige Legierungen sind nur hochlegierte ferritische Chromstahle mit 15 bis 30 Chrom und weniger als 0 1 Kohlenstoff von technischer Bedeutung Das System Kupfer Zink hat bei Raumtemperatur funf verschiedene Phasen die durch Mischungslucken getrennt sind Je nach Zusammensetzung liegt nur eine davon oder in der Mischungslucke zwischen zwei Phasen ein Gemisch dieser beiden vor Im technisch relevanten Bereich Messing Kupfergehalt min 50 liegen zwei dieser Phasen Das System Kupfer Zinn zu dem die Zinnbronze als alteste technische Legierung gehort ist ein Beispiel fur metastabile Verhaltnisse Zwischen 520 C und 586 C ist Zinn in Kupfer mit einem Anteil bis zu 15 8 der bei dieser Temperatur bereits festen Legierung loslich Obwohl bei Raumtemperatur im Gleichgewicht die Loslichkeit von Zinn nahe null liegt bleibt Material das bei der erhohten Temperatur eine solche Zinnkonzentration nicht uberschritten hat bei weiterer Abkuhlung einphasig da nun kaum noch Diffusion stattfindet Andererseits entmischt sich bereits bei der vorangehenden Erstarrung die Schmelze und das zuletzt erstarrte Material kann die Grenze von 15 8 Zinn schon bei deutlich niedrigeren Zinngehalten der Legierung uberschreiten Wegen der grossen Diffusionstragheit des Zinns konnen diese Konzentrationsunterschiede nur durch langeres Gluhen bei ca 750 C ausgeglichen werden Beide Effekte zusammen fuhren dazu dass gegossene Zinnbronze je nach Abkuhlgeschwindigkeit bei Zinngehalten von maximal 4 bis 6 einphasig ist und durch Gluhen sogar Einphasigkeit bis 15 erreicht werden kann obwohl bei Raumtemperatur keine nennenswerte Loslichkeit gegeben ist Siehe auchVan t Hoff Faktor Aussalzen Eigenioneneffekt Einsalzeffekt Henry Gesetz Wasser als Losungsmittel Uberkritisches WasserWeblinksWikibooks Anorganische Chemie fur Schuler Loslichkeit von Salzen und das Loslichkeitsprodukt Lern und Lehrmaterialien Wikibooks Tabellensammlung Chemie Loslichkeit einiger Gase Lern und LehrmaterialienEinzelnachweiseJurgen Fessmann Helmut Orth Angewandte Chemie und Umwelttechnik fur Ingenieure Handbuch fur Studium und betriebliche Praxis ecomed Storck GmbH 2002 ISBN 3 609 68352 X S 299 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Solubility and pH Principles of General Chemistry abgerufen am 18 August 2018 Peter Rudolph Handbook of Crystal Growth Bulk Crystal Growth Elsevier 2014 ISBN 978 0 444 63306 4 S 1192 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Y Taniguchi K Hara M Senoo High Pressure Liquids and Solutions Elsevier 2013 ISBN 978 1 4832 9051 5 S 1 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Eintrag zu Ethanol In Rompp Online Georg Thieme Verlag abgerufen am 22 Marz 2015 Was tun wenn der Verteilungskoeffizient ungunstig ist FU Berlin abgerufen am 8 Januar 2025 Martin Bultmann Grundlagen der Arzneiformenlehre ein Leitfaden zu Vorlesung und Praktikum BoD Books on Demand 2003 ISBN 3 8330 0794 X S 5 books google de solubility In Alan D McNaught Andrew Wilkinson IUPAC Hrsg Compendium of Chemical Terminology The Gold Book 2 Auflage Blackwell Scientific Publications Oxford 1997 ISBN 0 9678550 9 8 doi 10 1351 goldbook S05740 englisch korrigierte Fassung erstellt von M Nic J Jirat B 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silicones In Environmental Toxicology and Chemistry Band 15 Nr 8 1996 S 1263 1265 doi 10 1002 etc 5620150803 Alexander Glomme Biorelevante Loslichkeit schwerloslicher Arzneistoffe Cuvillier 2004 ISBN 3 86537 263 5 S 12 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche OCSPP US EPA EPI Suite Estimation Program Interface 9 Marz 2015 abgerufen am 9 Dezember 2022 englisch Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch Friedrich Rose Die Loslichkeit einiger schwer loslicher Korper im Wasser beurteilt aus der elektrischen Leitungsfahigkeit der Losungen In Zeitschrift fur Physikalische Chemie 12U Nr 1 1893 S 234 243 doi 10 1515 zpch 1893 1221 Friedrich Wilhelm Georg Kohlrausch Friedrich Rose Die Loslichkeit einiger schwer loslicher Korper im Wasser beurtheilt aus der electrischen Leitungsfahigkeit der Losungen In Annalen der Physik Band 286 Nr 9 1893 S 127 137 doi 10 1002 andp 18932860907 Arnold F Holleman Bestimmungen der Loslichkeit sogenannter unloslicher Salze In Zeitschrift fur Physikalische Chemie 12U Nr 1 1893 S 125 139 doi 10 1515 zpch 1893 1210 Untersuchungen zu Auswirkungen biochemischer Prozesse auf die Speicherung und Fliessverhalten von Wasserstoff in Untergrundspeichern PDF 4 25 MB DBI abgerufen am 5 Februar 2025 Normdaten Sachbegriff GND 4114435 1 GND Explorer lobid OGND AKS