4.5: Lösungskonzentration und -verdünnung

The relative amount of a given solution component is known as its concentration. Often, though not always, a solution contains one component with a concentration that is significantly greater than that of all other components. This component is called the solvent and may be viewed as the medium in which the other components are dispersed or dissolved. Solutions in which water is the solvent are, of course, very common on our planet. A solution in which water is the solvent is called an aqueous solution.

A solute is a component of a solution that is typically present at a much lower concentration than the solvent. Solute concentrations are often described with qualitative terms such as dilute (of relatively low concentration) and concentrated (of relatively high concentration).

Concentrations may be quantitatively assessed using a wide variety of measurement units, each convenient for particular applications. Molarity (M) is a useful concentration unit for many applications in chemistry. Molarity is defined as the number of moles of solute in exactly 1 liter (1 L) of the solution and has the units of ‘mol/L’.

Note that in the molarity equation, the volume of solution, and not the volume of solvent, is used. This is because, depending on the nature of interactions between the solute and solvent, the solute can change the volume of the solution. Hence, in the molarity equation, we use the total solution volume (i.e., solvent volume + solute volume). Because solution volumes vary with temperature, molar concentrations will likewise vary. When expressed as molarity, the concentration of a solution with identical numbers of solute and solvent species will be different at different temperatures, due to the contraction/expansion of the solution.

Dilution of Solutions

Dilution is the process whereby a solution is made less concentrated (or more dilute) by the addition of solvent. For example, a glass of iced coffee becomes increasingly dilute, and less sweet, as the ice melts. In laboratories, solutions are often stored in their concentrated forms, called stock solutions. Solutions of lower concentrations are prepared from stock through dilution.

where M and V are concentration and volume, respectively, and the subscripts “1” and “2” refer to the solution before and after the dilution, respectively.
Now, since the product of molarity and volume equals moles, the number of moles before and after dilution stays the same.

Thus, dilution does not change the amount of solute in the solution.

This text is adapted from OpenStax Chemistry 2e, Section 3.3: Molarity.

In einer gegebenen Lösungsmittelmenge, unterschiedliche Mengen an gelösten Stoffen können hinzugefügt werden, um Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen zu schaffen. Bei einer verdünnten Lösung ist der Anteil des gelösten Stoffes relativ zum Lösungsmittel klein, während er bei einer konzentrierten Lösung groß ist. Die Konzentration einer Lösung ist als Molarität ausgedrückt, d.h.

die Anzahl der Mol des gelösten Stoffes pro 1 Liter Lösung. Der Nenner ist das Volumen der Lösung und nicht das Volumen des Lösungsmittels. Daher um 1 Liter einer 1-molaren Lösung herzustellen, wird 1 Mol der gelösten Substanz in einen Messkolben gegeben, der dann bis zur 1-Liter-Grenze mit dem Lösungsmittel gefüllt wird.

Ähnlich verhält es sich, wenn 1 Mol des gelösten Stoffes in einen anderen Kolben gegeben wird und dann bis zur 0, 5-Liter-Marke mit Lösungsmittel gefüllt, würde dies eine 2-molare Lösung ergeben. Die Molarität der Lösung kann als Umrechnungsfaktor zwischen den Molen des gelösten Stoffes und das Volumen der Lösung verwendet werden. Angenommen, 237 Gramm Kaliumpermanganat wird in Wasser gelöst, um eine 3-molare Lösung herzustellen.

Zur Berechnung des Gesamtvolumens der Lösung wird zunächst die Masse der gelösten Substanz in Mol umgerechnet. Dann wird die Anzahl der Mole durch die Molarität geteilt, um ein Volumen von 0, 5 Litern zu erhalten. Wenn mehr Wasser hinzugefügt wird, wird das Gesamtvolumen der Lösung steigen, aber die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes bleibt gleich.

Dies bedeutet, dass die Konzentration der Lösung abnimmt oder die Lösung verdünnt wurde. Verdünnung einer konzentrierten Lösung oder einer Stammlösung wird unter Verwendung der Verdünnungsgleichung gelöst, die sich auf die Volumen und Mole einer Lösung vor und nach dem Verdünnungsprozess bezieht. M1 und V1 sind die Molarität und das Volumen der anfänglich konzentrierten Lösung, und M2 und V2 sind die Molarität und das Volumen der resultierenden verdünnten Lösung.

Zum Beispiel kann die Verdünnungsgleichung zur Herstellung von Kaliumpermanganat verwendet werden, das medizinisch als allgemeines Desinfektionsmittel verwendet wird. Welches Volumen einer 2-molaren Stammlösung wird zur Herstellung von 1 Liter einer 0, 2 molaren Lösung von Kaliumpermanganat benötigt? Wir kennen M1, M2 und V2 und dass das Lösen der Verdünnungsgleichung für V1 0, 1 Liter ergibt.

Daher werden 0, 1 Liter der Stammlösung und Lösungsmittel in einen neuen Messkolben hinzugefügt, um 1 Liter der 0, 2-molaren Lösung herzustellen. Nachdem die Lösung verdünnt wurde, obwohl die Konzentration geändert wurde, bleibt die Anzahl der Mole von Kaliumpermanganat gleich.