Was ist eine Ideallösung?

In der Chemie ist eine ideale Lösung eine Mischung, die dem Raoult-Gesetz folgt, das besagt, dass der Dampfdruck über einer Lösung direkt proportional zum Molenbruch des Lösungsmittels ist. Eine Dampfdruckerniedrigung wird häufig in Mischungen von Lösungsmitteln und nichtflüchtigen gelösten Stoffen oder in einem Lösungsmittel gelösten Substanzen beobachtet. Eine ideale Lösung ähnlicher Verbindungen kann Unterschiede in der Flüchtigkeit nutzen, um die Verbindungen durch fraktionierte Destillation zu trennen.

Flüssigkeiten verdampfen und kondensieren ständig. Einer in einem offenen Behälter, der in ein geschlossenes System gestellt wird, verdampft, bis die Kondensationsraten von Gas zu Flüssigkeit und Verdampfung von Flüssigkeit zu Gas gleich sind. Die Flüssigkeit befindet sich dann im Gleichgewicht mit ihrem Dampf. Der Dampfdruck ist der Teil des Gesamtdrucks aufgrund der verdampften Flüssigkeit. Der Dampfdruck einer idealen Lösung ist ein Maß für die Konzentrationen der Moleküle in der Lösung.

Das Gesetz von Raoult wird von den meisten verdünnten Lösungen befolgt. Wenn der gelöste Stoff und das Lösungsmittel unähnlich sind, werden mit zunehmender Konzentration des gelösten Stoffes signifikante Abweichungen von einem Ideal beobachtet. Wenn der gelöste Stoff nichtflüchtig ist, nimmt der Dampfdruck des Lösungsmittels mit steigender Konzentration des gelösten Stoffes tatsächlich ab. Dieser als Dampfdruckerniedrigung bezeichnete Effekt tritt bei idealen Lösungen nicht auf.

Autobesitzer nutzen die Dampfdrucksenkung, indem sie dem Wasser im Kühler Ethylenglykol zufügen. Der niedrigere Dampfdruck hält mehr von der Mischung als Flüssigkeit und weniger als Gas. Dies trägt dazu bei, eine Überhitzung des Autos zu vermeiden, da der Kühlerinhalt flüssig sein muss, um den Motor effektiv zu kühlen.

Ähnliche Verbindungen, wie sie häufig in Erdölprodukten vorkommen, können nach dem Raoult-Gesetz getrennt werden. Die flüchtigere Komponente hat einen höheren Partialdruck und destilliert in einer Destillationskolonne schneller über. In dieser Kolonne verdampfen zuerst die leichter flüchtigen Komponenten, wenn der Mischung Wärme zugeführt wird. Der Inhalt des Destillationskolbens konzentriert sich in der zweiten Komponente.

Durch die Abstufung der Destillationsschritte ist ein nahezu perfektes Trennschema möglich. In einer Fraktionierkolonne dient ein festes Füllmaterial als eine Vielzahl kleiner Kondensations-/Verdampfungsstellen. Jeder kleine Höhengewinn im Turm wird zu einem Gleichgewichtspunkt zwischen den Dampf- und Gaskonzentrationen von gelöstem Stoff und Lösungsmittel. In der Praxis werden die flüchtigeren Materialien konzentrierter, wenn sie im Turm aufsteigen. Im Lösungsmittel konzentrierte Gemische werden vom Kolonnensumpf abgezogen.