Chemie der Lösungen: Konzepte, Konzentrationen und Volumetrische Methoden

1. Definition: Lösung

Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch aus zwei oder mehr Stoffen, das gebildet wird, wenn ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel dispergiert ist.

2. Der Tyndall-Effekt

Der Tyndall-Effekt beschreibt die Sichtbarmachung eines Lichtstrahls, der durch eine homogene Mischung (oder ein Kolloid) tritt.

3. Konzentration

Die Konzentration beschreibt das Verhältnis der Menge eines gelösten Stoffes zur Menge des Lösungsmittels oder der gesamten Lösung.

4. Auflösungsprozess

Die Auflösung ist der Prozess der Verteilung von Teilchen des gelösten Stoffes im Lösungsmittel.

5. Löslichkeit

Die Löslichkeit gibt die maximale Menge eines gelösten Stoffes an, die ein Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann.

6. Polare Moleküle

Ein polares Molekül ist ein Molekül, dessen elektronische Ladungsverteilung entlang seiner Struktur ungleichmäßig ist.

7. Unpolare Moleküle

Ein unpolares Molekül ist ein Molekül, das eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Ladungen aufweist.

8. Arten von Lösungen

• Verdünnte Lösung: Enthält eine geringe Menge an gelöstem Stoff im Verhältnis zum Lösungsmittel.
• Gesättigte Lösung: Enthält die maximale Menge des gelösten Stoffes, die bei einer bestimmten Temperatur gelöst werden kann.
• Übersättigte Lösung: Enthält mehr gelösten Stoff, als sie bei einer bestimmten Temperatur normalerweise aufnehmen kann; diese Lösungen sind oft instabil.

9. Konzentrationsmaße und ihre Bedeutung

9.1. Allgemeine Beschreibung der Konzentration

Die Konzentration spiegelt die Menge der gelösten Substanz im Verhältnis zur Menge der Lösung oder des Lösungsmittels wider. Sie kann in Einheiten der Masse, des Volumens oder chemischen Einheiten wie Mol ausgedrückt werden und ermöglicht eine genaue Bestimmung der vorhandenen gelösten Stoffmenge.

9.2. Prozentuale Konzentration

Der Prozentsatz drückt die Menge der gelösten Substanz im Verhältnis zur Gesamtmenge der Lösung aus, berechnet auf hundert Einheiten.

Verwendete Formeln:

• % (m/m) = (Masse des gelösten Stoffes / Masse der Lösung) * 100%
• % (m/V) = (Masse des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung) * 100%
• % (V/V) = (Volumen des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung) * 100%

9.3. Molenbruch

Der Molenbruch (Symbol: X) bezieht die Stoffmenge (Anzahl der Mol) eines gelösten Stoffes auf die Gesamtstoffmenge (Gesamtzahl der Mol) in einer Lösung.

XStoff = nStoff / nGesamt

Dabei gilt:

• XStoff: Molenbruch des gelösten Stoffes
• nStoff: Stoffmenge (Mol) des gelösten Stoffes
• nGesamt: Gesamtstoffmenge (Mol) der Lösung

Für das Lösungsmittel gilt analog:

XLösungsmittel = nLösungsmittel / nGesamt

Die Gesamtstoffmenge berechnet sich als:

nGesamt = nStoff + nLösungsmittel

Die Summe der Molenbrüche aller Komponenten in einer Lösung ist immer 1:

XStoff + XLösungsmittel = 1

Um die Stoffmenge (Anzahl der Mol) zu bestimmen, ist es notwendig, die Masse und die molare Masse (Molekulargewicht) des Stoffes zu kennen. Es wird der folgende Ausdruck verwendet:

Stoffmenge (Mol) = Masse / Molare Masse

9.4. Molarität

Die Molarität (Symbol: c oder M) bezieht sich auf die Stoffmenge (Mol) des gelösten Stoffes pro Liter Lösung.

Beispiel: Wenn 0,025 Mol eines Stoffes in 0,050 Litern Lösung gelöst sind, beträgt die Molarität: M = 0,025 mol / 0,050 L = 0,5 mol/L.

Zur Berechnung dieser Konzentrationseinheit werden folgende mathematische Ausdrücke verwendet:

• Molarität (M) = Stoffmenge des gelösten Stoffes (mol) / Volumen der Lösung (L)
• Molarität (M) = (Anzahl der Millimol des gelösten Stoffes) / (Volumen der Lösung in Millilitern)

9.5. Molalität

Die Molalität (Symbol: b oder m) bezieht sich auf die Stoffmenge (Mol) des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel. Alternativ kann sie auch als die Anzahl der Millimol des gelösten Stoffes pro Gramm Lösungsmittel ausgedrückt werden.

Zur Berechnung dieser Konzentrationseinheit werden folgende mathematische Ausdrücke verwendet:

• Molalität (m) = Stoffmenge des gelösten Stoffes (mol) / Masse des Lösungsmittels (kg)
• Molalität (m) = (Anzahl der Millimol des gelösten Stoffes) / (Masse des Lösungsmittels in Gramm)

9.6. Normalität

Die Normalität (Symbol: N) ist eine Konzentrationseinheit, die die Anzahl der Äquivalente des gelösten Stoffes pro Liter Lösung angibt.

10. Verdünnung

Die Verdünnung ist der Prozess der Herstellung einer weniger konzentrierten Lösung aus einer stärker konzentrierten Lösung durch Zugabe von Lösungsmittel.

11. Indikatoren

Ein Indikator ist eine Substanz, die die Fähigkeit besitzt, ihre Farbe zu ändern, je nachdem, ob sie sich in einem sauren oder basischen Medium befindet, was auf die Anwesenheit von H⁺- bzw. OH^--Ionen zurückzuführen ist.

12. Volumetrische Methoden

Volumetrische Methoden sind chemisch-analytische Verfahren, die angewendet werden, um die Konzentration einer Probelösung durch die Zugabe einer bekannten Menge einer anderen Lösung bekannter Konzentration zu bestimmen.

12.1. Titration

Die Titration umfasst die Bestimmung der Konzentration einer Säure oder eines Hydroxids. Dies geschieht durch Zugabe einer Lösung (z.B. Natronlauge oder Säure) bekannter Konzentration, bis der Äquivalenzpunkt erreicht ist.

12.2. Kategorien Volumetrischer Methoden

• Fällungsreaktionen: Reaktionen, bei denen ein unlöslicher Feststoff (Niederschlag) gebildet wird.
• Komplexbildungsreaktionen: Reaktionen, bei denen sich Moleküle (Komplexe) bilden, die aus einem Zentralatom und Liganden bestehen.
• Redox-Reaktionen (Reduktions-Oxidations-Reaktionen): Reaktionen, bei denen sich die Oxidationszahlen von Elementen durch Elektronenaufnahme (Reduktion) oder Elektronenabgabe (Oxidation) ändern.
• Neutralisationsreaktionen: Reaktionen, bei denen Säuren und Basen miteinander reagieren, um sich gegenseitig zu neutralisieren, wobei Wasser und ein Salz entstehen. Dies beinhaltet den Ausgleich der Äquivalentmengen von Säure und Hydroxid.