Keine wässrige Lösung ist ideal
Wässrige Lösungen weichen stets vom idealen Verhalten ab, bedingt durch die einzigartigen Eigenschaften des Wassers.
Wissenschaftliche Erklärung
Eine ideale Lösung folgt dem Raoultschen Gesetz: Der Dampfdruck einer Komponente ist proportional zu ihrem Molenbruch, und die Mischung zeigt keine Wärmetonung oder Volumenänderung. In der Realität kommen viele organische Lösungsmittelgemische diesem Ideal recht nahe. Wässrige Lösungen tun dies jedoch nie — sie weichen ausnahmslos vom idealen Verhalten ab.
Der Grund liegt in der einzigartigen Struktur des flüssigen Wassers. Das ausgedehnte Netzwerk aus Wasserstoffbrückenbindungen reagiert empfindlich auf jeden gelösten Stoff. Selbst geringe Mengen einer Fremdsubstanz stören dieses Netzwerk: Manche Stoffe verstärken die lokale Ordnung (Kosmotrope), andere brechen sie auf (Chaotrope). In keinem Fall bleibt das Netzwerk unbeeinflusst.
Wässrige Lösungen zeigen daher stets entweder positive oder negative Abweichungen vom Raoultschen Gesetz. Positive Abweichungen treten auf, wenn die Wechselwirkungen zwischen Wasser und gelösetem Stoff schwächer sind als die Wasser-Wasser-Bindungen (zum Beispiel Ethanol-Wasser). Negative Abweichungen entstehen, wenn der gelöste Stoff besonders starke Bindungen mit Wasser eingeht (zum Beispiel Salzsäure-Wasser).
Alltagsrelevanz
Die Nicht-Idealität wässriger Lösungen hat weitreichende Konsequenzen. In der Lebensmittelindustrie beeinflusst sie den Gefrier- und Siedepunkt von Lösungen (weshalb Salzwasser erst unter 0 Grad gefriert). In der Pharmazie bestimmt sie die Löslichkeit und Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen. Auch die Meereskunde beruht auf dem Verständnis nicht-idealer Salzlösungen, da der Salzgehalt der Ozeane sämtliche physikalischen Eigenschaften des Meerwassers beeinflusst — von der Dichte über den Gefrierpunkt bis zum osmotischen Druck.