Chemie für Mediziner © Prof. J. Gasteiger et al.

Konzentration in Zelle

Konzentration im Blut

K+

Na+ Mg2+Ca2+

PO43–

PO43–

Cl–

Cl–

K+

Na+

Na+ / K+ -Konzentrationsgefälle ermöglicht: • aktiven Transport von Nährstoffen durch Membran

• Erregbarkeit von Nerven- u. Muskelzellen

Ca2+Mg2+

Salzlösungen: Physiologische Bedeutung

HCO3–

HCO3–

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1. Dissoziation:Trennung der Ionendes Ionengitters

H2O

H2O

Cl– Na+

δ+

δ−

δ+δ−

δ+

δ+

Gitterenergie ∆HU abhängig von- Ladung und- Radius der Ionen

Lösungsvorgang

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2. Hydratation: Anlagerung von Wassermolekülen

H2O

Na+ Cl–

• aber auch in der 2. Sphäre lagern sich Wassermoleküle an

• allgemeine Schreibweise für hydratisierte Ionen: Mn+(H2O)x = Mn+aq

Ion-Dipol-WW am Beispiel Na+ und Cl- (1. Sphäre)

H2O

δ− δ+

Lösungsvorgang

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Ionenradius: Li+ < Na+ < K+

Radius der hydratisierten Ionen (Mn+aq): Li+aq > Na+

aq > K+ aq

Grösse der hydratisierten Ionen beeinflusst:• Diffusionsgeschwindigkeit• Transport durch Membranen

Bei Hydratation wird Hydratationsenergie ∆HH frei(exothermer Vorgang ∆HH < 0)

Betrag von ∆HH abhängig von Grösse und Ladung der Ionen :

∆HH (Li+) > ∆HH (Na+) > ∆HH (K+)

∆HH (Ca2+) > ∆HH (K+)

Hydratisierte Ionen

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Hydratationsenergie ∆HHwird frei

Bilanz:Lösungswärme ∆HL

Enthalpie

Gitterenergie ∆HUaufgewendet

∆HL = ∆HU + ∆HH

endotherm

exotherm

Lösungswärme

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Lösungswärme: Beispiel

Lösen von KCl:

∆HL = + 13 kJ/mol

∆HU = 703 kJ/mol

∆HH(K+) = - 314 kJ/mol

∆HH(Cl-) = - 376 kJ/mol

endotherm!

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Kältekompressen

Kühlbeutel bei Sportverletzungen: Ammoniumnitrat (NH4NO3) löst sich inWasser mit ∆HL = 26,4 kJ / mol

endotherm: entzieht der Umgebung Wärme

Wasser

aufreissbarer Beutelmit NH4NO3 (s)

([NXUV

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BaSO4 (s) Ba2+aq + SO4

2– aq

Lp: Löslichkeitsprodukt

Massenwirkungsgesetz für gesättigte Lösungim Gleichgewicht mit Bodenkörper:

H2O

[Ba2+]·[SO42– ]

[BaSO4]= K

Konzentration des Bodenkörpers, [BaSO4]konstant:

Bodenkörper

Ba2+aq SO4

2– aq

BaSO4

gesättigte Salzlösung

[Ba2+]·[SO42–] = K·[BaSO4] = Lp = 10–10

[Ba2+] = [SO42–] = 10–5

mol2

l2

moll

Löslichkeitsprodukt

bei reinem BaSO4:

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Löslichkeit hängt von der Gibbs’ freien Energie ∆G0 ab (nicht von ∆HL):

∆G0 = - R·T·ln K = - R·T·ln Lp , mit

∆G0 = ∆H0 - T· ∆S0

Allgemeine Schreibweise: Salz Löslichkeitsprodukt Einheit

AB Lp = [A+]·[B–] mol2/l2

A2B Lp = [A+] 2·[B2–] mol3/l3

AB2 Lp = [A2+]·[B–] 2 mol3/l3

Lp gross : leichtlösliche Salze

Lp klein: schwerlösliche Salze (z.B. BaSO4)

Löslichkeitsprodukt

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chloridhaltige Salzlösung

Beispiel: Ausfällen von Chloridionen

Ag+ + Cl– AgCl ↓

AgCl Niederschlag

Lp = 1,7·10-10 mol2/l2

• qualitativer Nachweis von Cl– (oder auch von Ag+)

• quantitative Bestimmung von Cl– (Wägen des Niederschlags)

AgNO3-Lsg.

Mn+aq Cl–

aq Mn+aq NO3

– aq

Salzlösungen: Fällungsreaktionen

z.B. bei [Ag+] = 10-1 mol/l: [Cl-] = 1,7·10-9 mol/l

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Gleichstrom Ionen wandern

Leitfähigkeit aufgrund derDissoziation in Ionen: Elektrolyte

starke Elektrolyte: vollständigdissoziiert

schwache Elektrolyte: wenigdissoziiert

Bsp.: Elektrolyse einer Kupferchloridlösung

Cu2+Cl–

e–e–

Cu(Metall)

Cl2(Gas)

Kathode Anode

Reaktion an Kathode:Cu2+ + 2 e

– Cu

Reaktion an Anode:2 Cl– Cl2 + 2 e

–

Elektrolyse