Flüssigkeiten, Eigenschaften und Lösungen

Flüssigkeiten

Eigenschaften von Flüssigkeiten

Flüssigkeiten sind Substanzen, in denen die Moleküle, Atome oder Partikel durch intermolekulare Anziehungskräfte zusammengehalten werden. Sie können sich frei bewegen und ausfließen, können aber nicht entweichen.

Merkmale:

• Die intermolekularen Anziehungskräfte sind ausreichend groß, um die Moleküle in einer festen Position zu halten, und sind dennoch schwächer als in festen Stoffen, sodass die Moleküle sich bewegen können.
• Flüssigkeiten sind dicht und praktisch inkompressibel, im Gegensatz zu Gasen.
• Flüssigkeiten besitzen ein bestimmtes Volumen, unabhängig von Form und Größe des Behälters, der sie enthält.
• Flüssigkeiten können ausgegossen werden und nehmen die Form ihres Behälters an.

Physikalische Eigenschaften

Oberflächenspannung: Die Energie, die notwendig ist, um die Oberfläche einer Flüssigkeit um eine Flächeneinheit zu vergrößern.

Dampfdruck: Der Druck, der von einem Dampf im dynamischen Gleichgewicht mit seiner Flüssigkeit bei einer gegebenen Temperatur ausgeübt wird.

Siedepunkt: Die Temperatur, bei der der Dampfdruck einer Flüssigkeit dem äußeren atmosphärischen Druck entspricht und sich ein stabiles Gleichgewicht einstellt.

Gefrierpunkt: Die Temperatur, bei der flüssige und feste Phase im Gleichgewicht koexistieren.

Viskosität: Die Viskosität ist der Widerstand einer Flüssigkeit gegen das Fließen. Sie hängt von den intermolekularen Anziehungskräften sowie von Form und Größe der Moleküle ab.

Dichte: Die Dichte ist eine physikalische Eigenschaft, die das Verhältnis von Masse zu Volumen eines Stoffes beschreibt.

Kapillarität: Die Kapillarität beruht auf dem Zusammenspiel zweier Kräfte: der Kohäsion (intermolekulare Anziehung gleichartiger Moleküle), die zur Oberflächenspannung führt, und der Adhäsion (Anziehung zwischen verschiedenartigen Molekülen). Überwiegt die Adhäsion, steigt die Flüssigkeit in einer Kapillare nach oben.

Phasendiagramm

Das Phasendiagramm ist eine grafische Darstellung der Bedingungen von Temperatur und Druck, unter denen Feststoff, Flüssigkeit und Gas (Dampf) als Phasen existieren bzw. im Gleichgewicht koexistieren.

Merkmale:

• Die verschiedenen Bereiche des Phasendiagramms entsprechen jeweils einem einzigen Aggregatzustand.
• Die Linien stellen Kurven dar, auf denen zwei Phasen im Gleichgewicht stehen.
• Am Schnittpunkt der Linien existieren drei Phasen gleichzeitig.

Dampfdruckkurve: Sie stellt den Zustand des Gleichgewichts zwischen Gas und Flüssigkeit dar. Bei einer bestimmten Temperatur entspricht jeder Punkt dem Dampfdruck der Substanz.

Kritischer Punkt: Oberhalb der kritischen Temperatur kann das Gas durch Druckerhöhung allein nicht verflüssigt werden.

Sublimationskurve: Sie stellt das Gleichgewicht zwischen Gas und Feststoff dar und gibt die Drücke an, bei denen die Substanz bei verschiedenen Temperaturen sublimiert.

Schmelzkurve: Sie stellt das Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Feststoff dar und zeigt die Abhängigkeit des Schmelzpunkts vom Druck. Bei den meisten Substanzen verläuft sie nahezu senkrecht.

Tripelpunkt: Eine besondere Situation, bei der Druck und Temperatur so gewählt sind, dass alle drei Phasen einer Substanz im Gleichgewicht koexistieren.

Überkritische Flüssigkeit: Ein Zustand bei Temperaturen und Drücken oberhalb des kritischen Punkts, in dem Flüssigkeit und Gas nicht mehr voneinander unterscheidbar sind.

Lösungen

Lösung: Eine homogene Mischung aus zwei oder mehr Stoffen mit konstanter Zusammensetzung und einheitlichen Eigenschaften.

Lösungsmittel: Üblicherweise der Stoff, der in der Mischung in größerer Konzentration vorliegt.

Gelöster Stoff: Die Komponente der Mischung in geringerer Menge, die im Lösungsmittel gelöst ist.

Konzentrationseinheiten

Massenprozent (% m/m): Das Verhältnis der Masse des gelösten Stoffes zur Masse der Lösung, multipliziert mit 100.

% m/m = (Masse des gelösten Stoffes [mg, g oder kg] / Masse der Lösung [mg, g oder kg]) × 100

Massen-Volumen-Prozent (% m/V): Das Verhältnis der Masse des gelösten Stoffes (g) zum Gesamtvolumen der Lösung (ml), multipliziert mit 100.

% m/V = (Masse des gelösten Stoffes [g] / Gesamtvolumen [ml]) × 100

Volumenprozent (% V/V): Das Verhältnis des Volumens des gelösten Stoffes zum Gesamtvolumen der Lösung, multipliziert mit 100.

% V/V = (Volumen des gelösten Stoffes / Gesamtvolumen der Lösung) × 100

Parts per million (ppm): Milligramm gelösten Stoffes pro Liter Lösung bzw. Gramm gelösten Stoffes pro 1.000.000 Gramm Lösung.

Parts per billion (ppb): Mikrogramm gelösten Stoffes pro Liter Lösung bzw. 1 × 10^-6 g gelösten Stoffes pro 1.000.000.000 g Lösung.

Molarität (M): Anzahl der Mol des gelösten Stoffes pro Liter Lösung.

M = Mol gelöster Stoff / Liter Lösung

Molalität (m): Anzahl der Mol des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel.

m = Mol gelöster Stoff / Masse des Lösungsmittels (kg)

Herstellung von Lösungen

Um eine Lösung herzustellen, werden die gemessenen Mengen (Masse oder Volumen) des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels gemischt.

Verdünnung: Eine Lösung bekannter Konzentration wird mit Lösungsmittel verdünnt. Die Beziehung lautet:

C₁ × V₁ = C₂ × V₂

Löslichkeit

Löslichkeit: Die maximale Menge eines gelösten Stoffes, die bei einer bestimmten Temperatur in einer bestimmten Menge Lösungsmittel gelöst werden kann.

Löslichkeitskurve: Ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Löslichkeit von der Temperatur darstellt. Üblicherweise werden die Gramm gelösten Stoffes pro 100 g Wasser auf der Ordinate und die Temperatur auf der Abszisse aufgetragen.

Molenbruch

Der Molenbruch eines Stoffes in der Lösung ist das Verhältnis der Mole dieses Stoffes zur Gesamtstoffmenge der Lösung:

X = Mol gelöster Stoff / Gesamtmol