Lösungen, Mischungen & Trennverfahren — Chemie Grundlagen

Lösungen (homogene Mischungen)

Lösung: Eine homogene Mischung aus zwei oder mehr Komponenten, bei der die Bestandteile mit dem bloßen Auge nicht zu unterscheiden sind und die eine einheitliche Zusammensetzung besitzt.

Bestandteile einer Lösung

• Gelöster Stoff (Solut): Der Stoff, der aufgelöst wird und in geringerer Menge in der Lösung vorkommt.
• Lösungsmittel: Der Stoff, in dem sich der gelöste Stoff verteilt; er ist in größerer Menge vorhanden.

Löslichkeit

Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur ist die maximale Menge des gelösten Stoffes, die in einer bestimmten Menge des Lösungsmittels gelöst werden kann.

Arten von Lösungen

• Verdünnte Lösungen: Kleiner Anteil des gelösten Stoffes.
• Konzentrate: Großer Anteil des gelösten Stoffes.
• Gesättigte Lösungen: Es kann bei gegebener Temperatur kein zusätzlicher gelöster Stoff mehr aufgenommen werden.

Konzentration

Die Konzentration ist der quantitative Ausdruck, der die Zusammensetzung der gelösten Substanz in der Lösung angibt.

Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen

• Die Löslichkeit fester Stoffe in Flüssigkeiten steigt in der Regel mit zunehmender Temperatur.
• Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten nimmt mit steigender Temperatur ab.
• Die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten nimmt mit steigendem Druck zu.
• Je größer die Kontaktfläche zwischen Feststoff und Lösungsmittel, desto schneller verläuft das Lösen.
• Je stärker die Bewegung (z. B. Rühren), desto schneller erfolgt das Lösen.

Wichtige Formeln zur Konzentration

• % (m/m) = m_Solut / m_Lösung × 100%
• % (v/v) = V_Solut / V_Lösung × 100%
• g/L = Masse des Soluts (g) / Volumen der Lösung (L)
• Molarität (M) = Stoffmenge (mol) des Soluts / Volumen der Lösung (L)

Hinweise zu Einheiten und Dichte: Dichte d = m / V; daher m = d × V und V = m / d.

Beispiele: Reinstoffe, homogene und heterogene Mischungen

• Reine Stoffe: Substanzen einer einzigen Art mit konstanter Zusammensetzung und definierten Eigenschaften (z. B. Wasser H₂O als chemische Verbindung, Elemente wie O₂, N₂, Ar, Fe, Ag, Au, C).
• Homogene Mischungen (Lösungen): Gleiche Eigenschaften an jedem Punkt; Bestandteile sind nicht mit bloßem Auge unterscheidbar, z. B. Luft (Stickstoff N₂, Sauerstoff O₂, Argon Ar, Wasserdampf H₂O(g), Kohlendioxid CO₂, Schwefeldioxid SO₂), Meerwasser, Mineralwasser, Blut (Wasser, Blutzellen, Hämoglobin).
• Heterogene Mischungen: Komponenten können mit bloßem Auge unterschieden werden oder die Eigenschaften variieren von Punkt zu Punkt, z. B. Wasser und Öl, Wasser und Sand, Öl und Salz, Granit (Gemisch aus Quarz, Feldspat und Glimmer), Milch, Gelatine.

Einige Techniken zur Trennung der Komponenten einer Mischung

1. Sieben / Siebung: Trennung von Feststoffen unterschiedlicher Korngröße.
2. Filtration: Trennung von festen und flüssigen Bestandteilen; die Flüssigkeit passiert die Poren eines Filterpapiers, Rückstände bleiben zurück.
3. Dekantieren: Abgießen einer überstehenden Flüssigkeit zur Trennung von unvermischbaren Flüssigkeiten oder zum Abtrennen der klaren Flüssigkeit von abgesetzten Feststoffen.
4. Destillation: Trennung von (mischbaren) Flüssigkeiten aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte.
5. Kristallisation: Trennung gelöster Feststoffe durch Eindampfen des Lösungsmittels, sodass der Feststoff an Boden und Wänden des Kristallisators kristallisiert.

Mischen: Definition und Trennbarkeit

Mischen ist die Vereinigung von zwei oder mehreren Stoffen. Gemische können in der Regel durch physikalische Verfahren wieder getrennt werden. Mögliche Trennmethoden sind Verdampfen, Filtrieren, Dekantieren, Destillation und Kristallisation.

Arten von Gemischen

• Homogene Gemische: Auch Lösungen genannt; gleiche Eigenschaften an jedem Punkt des Gemisches.
• Heterogene Gemische: Komponenten sichtbar oder unterschiedliche Eigenschaften an verschiedenen Punkten der Mischung.

Elemente und Verbindungen

Elemente: Reine Stoffe, die nicht durch chemische Verfahren weiter zerlegt werden können (z. B. O₂, N₂, Ar, Fe, Ag, Au, C).

Verbindungen: Reine Stoffe, die aus der chemischen Verbindung von zwei oder mehr Elementen entstehen; sie lassen sich durch chemische Verfahren wieder in ihre Elemente zerlegen (z. B. H₂O, das durch Elektrolyse in Wasserstoff H₂ und Sauerstoff O₂ zerlegt werden kann).