Lösungen, Konzentrationen und Trennung von Gemischen

Mischungen: Lösungen

Eine Lösung ist eine Mischung aus zwei oder mehr Komponenten, wobei die Lösungsmittelkomponente den höheren Anteil ausmacht und der gelöste Stoff die Komponente(n) mit einem geringeren Anteil ist/sind.

Ausdruck für die Konzentration einer Lösung

Die Konzentration einer Lösung gibt die Menge des gelösten Stoffes an, die in einer bestimmten Menge der Lösung vorhanden ist. Wenn wir eine Lösung vorbereiten, wollen wir wissen, welchen Anteil der Stoff und das Lösungsmittel haben. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Konzentration einer Lösung auszudrücken.

Massenprozent

Zeigt die Gramm des gelösten Stoffes in 100 g der Lösung an:

% Masse_Zucker = 10g Zucker · 100 / (10g Zucker + 5g Salz + 100g Wasser) = ?

% Masse_{gelöster Stoff} = Masse des gelösten Stoffes / Masse der Lösung · 100

Volumenprozent

Zeigt das Volumen des gelösten Stoffes in 100 Volumeneinheiten der Lösung an:

% Volumen_Alkohol = 10 ml Alkohol / (10 ml Alkohol + 100 ml Wasser) · 100 = ?

% Volumen_{gelöster Stoff} = Volumen des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung · 100

Konzentration

Die Konzentration gibt die Menge des gelösten Stoffes an, die in jeder Volumeneinheit der Lösung vorhanden ist.

Konzentration_Masse = Masse des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung

Konzentration ist nicht gleich Massendichte (Dichte der Lösung).

Dichte

Die Dichte einer Lösung oder einer reinen Substanz stellt das Verhältnis zwischen Volumen und Masse der Lösung dar.

Dichte = Masse der Lösung / Volumen der Lösung

Massenkonzentration

Die Massenkonzentration einer Lösung stellt das Verhältnis zwischen der Masse des gelösten Stoffes und dem Volumen der Lösung dar.

Konzentration_Masse = Masse des gelösten Stoffes / Volumen der Lösung

Trennung von Gemischen

Reine Stoffe sind in einer Mischung enthalten und können durch physikalische Methoden getrennt werden. Die Wahl der Methode hängt von der Partikelgröße und den Eigenschaften der zu trennenden Stoffe ab:

• Sieben: Ideal zum Trennen von Mischungen, bei denen ein fester Bestandteil eine signifikant unterschiedliche Korngröße aufweist.
• Filtration: Geeignet zum Trennen eines unlöslichen Feststoffes von einer Flüssigkeit. (Beispiel: Trennung einer Mischung aus Kupferdichromat (Cu(Cr₂O₄)₂) und Schwefel, da Dichromat in Wasser löslich ist, Schwefel jedoch nicht).
• Kristallisation: Geeignet zum Trennen eines gelösten Feststoffes aus einer Flüssigkeit. (Beispiel: Auflösen von blauem Kupferdichromat (Cu(Cr₂O₄)₂) in Wasser, Verdampfen des Wassers und Gewinnung der Kristalle. Feste Stoffe lösen sich besser in heißem Wasser. Wenn man so viel wie möglich in warmem Wasser löst und die Lösung abkühlen lässt, bilden sich beim Verdampfen des Lösungsmittels Kristalle).
• Magnetische Trennung: Wenn eine Komponente der Mischung ferromagnetisch ist (Fe, Ni, Co), kann diese mit einem Magneten von den anderen getrennt werden. (Beispiel: Trennung von Schwefel und Eisenpulver (Fe) aufgrund der magnetischen Eigenschaften des Eisens).
• Dekantieren: Geeignet zum Trennen von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte (z. B. Öl und Wasser). Hierfür wird ein spezieller Trichter, ein Scheidetrichter, verwendet. Wenn sich die beiden Flüssigkeiten klar getrennt haben, wird die untere Flüssigkeit durch das Ventil abgelassen. Es ist wichtig, die Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten zu beachten.
• Destillation: Geeignet zum Trennen von zwei mischbaren Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen Siedetemperaturen oder zum Trennen einer Flüssigkeit von einem gelösten Feststoff. Die Mischung wird in einen Behälter gegeben. Wenn die Temperatur den Siedepunkt der ersten Flüssigkeit erreicht, verdampft diese, der Dampf wird durch ein Kühlrohr geleitet, wo er kondensiert und sich verflüssigt.
• Chromatographie: Dient zum Trennen der verschiedenen Komponenten eines Gemisches durch Nutzung unterschiedlicher Affinitäten zum Lösungsmittel. Es gibt verschiedene chromatographische Techniken, aber alle haben eine mobile Phase (Flüssigkeit oder Gas) und eine stationäre Phase (in der Regel ein Feststoff). Der Erfinder dieser Technik war der russische Botaniker Michail Tswett, der damit pflanzliche Pigmente wie Chlorophyll trennte.