løsning

En løsning i kjemi er en oppløsning av et stoff i en væske. Stoffet kan være en gass, et fast stoff eller en annen væske. Væsken stoffet er løst i kalles et løsemiddel.

Typer

En løsnings sammensetning og egenskaper er avhengig av ytre betingelser som temperatur og trykk, av stoffene i løsningen, og deres art og innbyrdes mengdeforhold. Vanligvis er en løsning en væske, men også et fast stoff og en gass kan betraktes som en løsning.

Iblant brukes uttrykkene ekte løsning og kolloidale løsninger. I ekte løsninger foreligger det løste stoffet i form av molekyler eller ioner som er jevnt fordelt mellom løsemiddelets molekyler. Kolloidale løsninger inneholder partikler (se kolloider).

Faste løsninger

Faste stoffer kan løse seg i hverandre og danne faste løsninger. Dette gjelder for mange metaller. I en slik (legering) vil de ulike metallatomene være statistisk fordelt. Noen gasser som hydrogen, nitrogen og oksygen løses i enkelte metaller. Hydrogen utmerker seg ved å kunne løses i mange metaller og legeringer. F.eks. løser palladium ved romtemperatur hele 350–850 ganger sitt eget volum hydrogen.

Flytende løsninger

Med løsning emener vi som oftest flytende løsninger. Disse kan enten være homogene blandinger 1) av en væske og en eller flere gasser, 2) av to eller flere væsker, eller 3) av en væske og faste stoffer.

Løselighet

Gassers løselighet

Gassers løselighet i væsker er høyst forskjellig og avhenger både av trykk og temperatur. Stiger temperaturen, vil løseligheten avta. Trykkets innflytelse er beskrevet ved Henryloven, som sier at løseligheten ved en gitt temperatur er proporsjonal med gassens trykk over væsken. Stiger trykket av en gass til det firedobbelte, stiger løseligheten til det firedobbelte. Loven forutsetter at gassene ikke reagerer med løsemiddelet. Den gjelder derfor ikke for løsninger av ammoniakk og hydrogenklorid i vann, hvor gassmolekylene helt eller delvis spaltes i ioner.

Væskers løselighet

Løsninger hvor en væske er løst i en annen, har stor praktisk betydning. En væske kan være ubegrenset løselig i en annen, dvs. at de kan blandes med hverandre i hvilket som helst mengdeforhold, slik som vann og etanol. I andre tilfeller kan to væsker ha begrenset løselighet i hverandre eller til og med være uløselige. Vann og fenol er bare begrenset løselige i hverandre ved romtemperatur. Væsker som er nær uløselige i hverandre, er karbontetraklorid og vann, kvikksølv og vann. Rister man to slike væsker med hverandre, fås emulsjoner som ved henstand igjen skiller seg.

Faste stoffers løselighet

Det mest alminnelig er løsninger av et fast stoff i en væske. Den væske stoffene er løst i, kalles løsemiddelet. Mengden av løst stoff uttrykkes ved konsentrasjonen til løsningen. Mengden av stoff som kan løses i en bestemt mengde løsemiddel ved en bestemt temperatur, er i alminnelighet begrenset. Vil man løse koksalt i vann, vil man ikke få løst mer enn 36 g koksalt i 100 g vann. Denne mengden er angitt gjennom stoffets løselighetsprodukt. Den konsentrasjonen som svarer til sammensetningen av den mettede løsningen, kalles det løste stoffs løselighet.

En løsning er mettet når det er likevekt mellom løst og uløst stoff. Det vil si at løsningen inneholder så mye løst stoff som overhode mulig ved de eksisterende betingelser. En løsning som er mettet på ett stoff, kan likevel løse andre stoffer. I visse tilfeller kan løsninger eksistere med mer løst stoff enn det som svarer til mettet løsning. En slik løsning kalles overmettet. Denne tilstanden er ustabil og går lett over i den mettede tilstand f.eks. ved at løsningen ristes.

Den hastighet som et stoff løser seg med i et løsemiddel, er større jo større stoffets overflate er, dvs. jo mer finpulverisert stoffet er. Omrøring og risting vil påskynde løsningsprosessen.

Løselighet må i alminnelighet angis ved en bestemt temperatur fordi den som oftest er (sterkt) temperaturavhengig. For de fleste stoffer øker løseligheten med økende temperatur, f.eks. for kaliumnitrat, KNO₃, løst i vann. For noen stoffer avtar løseligheten med stigende temperatur, f.eks. for vannfritt natriumsulfat, Na₂SO₄, i vann. Andre stoffer som natriumklorid, NaCl, viser liten temperaturavhengighet. Denne temperaturvariasjonen er bestemt av entalpi- og entropiendringer ved oppløsningsreaksjonen.

Når et stoff løses i en væske, skjer det som regel en temperaturforandring. Synker temperaturen, er det et uttrykk for at varme tas opp fra omgivelsene når stoffet løser seg. Omvendt er en temperaturstigning et uttrykk for at det frigjøres varme ved løsningsprosessen. Den varmemengde som opptas eller frigjøres per mol løst stoff, kalles løsningsvarmen. Løses vannfritt natriumsulfat eller kalsiumklorid i vann, vil man iaktta at temperaturen stiger. Løsningsvarmen er negativ. Løses kaliumnitrat (salpeter), vil temperaturen synke. Løsningsvarmen er positiv. For koksalt vil temperaturen ikke forandre seg noe større. Løsningsvarmen er praktisk talt null.

Også andre forandringer kan iakttas når stoffer løses i vann. Bl.a. er løsningsprosessen i regelen forbundet med en volumforandring. En løsnings densitet vil således avhenge av konsentrasjonen av oppløst stoff. En løsning vil ha et lavere damptrykk enn det rene løsemiddelet ved samme temperatur. Dette fører til at en løsning har et høyere kokepunkt enn det rene løsemiddelet. En mettet, vandig koksaltløsning koker først ved 108,4 °C.

En løsning har et lavere frysepunkt enn det rene løsemiddelet. Havvann som inneholder 3,5 % løste salter, fryser først mellom –2 °C og –3 °C. Både kokepunktforhøyelsen og frysepunktnedsettelsen er proporsjonale med det løste stoffets konsentrasjon. Dette kan nyttes til å bestemme løste stoffers molekylvekter (relativ molekylmasse) (se molekyl).

Når en fortynnet løsning fryser, vil først bare løsemiddelet utskilles i fast form; f.eks. utskilles is fra vandig saltløsning. Saltkonsentrasjonen vil dermed øke. Ved videre avkjøling vil mer is skilles ut. Dette fortsetter inntil man får en løsning som er mettet. Ved videre avkjøling skilles salt og is ut i et slikt forhold at løsningens konsentrasjon ikke forandres. Temperaturen holder seg konstant så lenge frysingen pågår og inntil alt er blitt fast. For koksalt og vann er løsningens laveste frysepunkt ved –22 °C og dens konsentrasjon er da 23 vektdeler salt i 100 deler løsning. En løsning med slik sammensetning betegnes som kryohydratisk eller eutektisk blanding av salt og vann, og dens frysepunkt kalles den kryohydratiske eller eutektiske temperatur. Man benytter seg av slike blandinger for å lage kuldeblandinger.