Lösungen und Konzentration: Grundlagen, Berechnung und Trennmethoden
Heterogene und homogene Systeme
Ein heterogenes System besteht aus mehreren Phasen und ist an den Grenzflächen erkennbar. Ein homogenes System ist einheitlich und zeigt über die gesamte Probe dieselben Eigenschaften.
Die Trennung von Gemischen erfolgt durch physikalische oder chemische Verfahren.
Reinstoffe und Stoffgemische
Ein Reinstoff besteht nur aus einer einzigen Substanz mit festen Eigenschaften.
- Einfache Substanz (Element): besteht aus Atomen eines einzigen Elementtyps und kann nicht durch chemische Verfahren weiter zerlegt werden.
- Verbindung: entsteht aus zwei oder mehr Elementen, die immer in festen, homogenen Massenverhältnissen kombiniert sind.
Ein Gemisch entsteht durch das Vermischen mehrerer reiner Substanzen in variablen Anteilen. Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch.
Destillation
Bei der einfachen Destillation werden Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkten getrennt. Die Lösung wird erhitzt, wobei der leichter flüchtige Stoff verdampft, während der nicht flüchtige Rückstand im Kolben zurückbleibt. Der Dampf wird in einem Kühler (Kondensator) mit kaltem Wasser abgekühlt, kondensiert und im Erlenmeyer-Kolben aufgefangen.
Konzentrationsangaben
Massenprozent
Der Massenanteil des gelösten Stoffes wird berechnet als:
Massen-% des gelösten Stoffes = Masse des gelösten Stoffes (g) / Masse der Lösung (g) × 100
Beispiel: % NaCl = g NaCl / (g Wasser + g NaCl + g KCl) × 100
Volumenprozent
Volumen-% = Volumen des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung × 100
Massenkonzentration
Massenkonzentration = Masse des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung
Löslichkeit und Temperatur
Die Löslichkeit eines Stoffes hängt von der Temperatur ab:
- Nimmt die Löslichkeit mit steigender Temperatur zu, spricht man von einer endothermen Auflösung.
- Nimmt die Löslichkeit mit steigender Temperatur ab, spricht man von einer exothermen Auflösung.
Kristallisation
Die Kristallisation dient dazu, einen gelösten Feststoff aus seiner Lösung zurückzugewinnen. Ablauf:
- Die Lösung wird erwärmt.
- Die Lösung wird filtriert.
- Das Filtrat wird abkühlen gelassen; es bilden sich Kristalle.
Eine schnelle Abkühlung führt zu vielen kleinen Kristallen, eine langsame Abkühlung zu großen Kristallen.
Extraktion und Dekantation
Bei der Extraktion wird ein Stoff mithilfe eines geeigneten Lösungsmittels aus einem Gemisch herausgelöst. Anschließend werden die entstehenden Phasen durch Dekantation (Abgießen bzw. Trennen über einen Scheidetrichter) voneinander getrennt.