12.7
Lösungskonzentration ausdrücken
Wenn eine kleine Menge gelöster Stoff zu einer großen Menge Lösungsmittel hinzugefügt wird, bildet sich eine verdünnte Lösung. Die Konzentrationen von sehr verdünnten Lösungen, wie z. B. Spurenmetallverunreinigungen in Wasser, werden oft in Teilen pro Milliarde oder ppb oder in Teilen pro Million oder ppm ausgedrückt.
Ppm eines gelösten Stoffes kann berechnet werden, indem die Masse des gelösten Stoffes durch die Masse der Lösung dividiert und mit einer Million multipliziert wird.
Wenn eine große Menge gelöster Stoff zu einer kleinen Menge Lösungsmittel hinzugefügt wird, bildet sich eine konzentrierte Lösung.
Häufig verwendete Einheiten umfassen relative Einheiten, die als Prozentsätze ausgedrückt werden, wie z. B.: Massenprozentsatz, der die Masse des gelösten Stoffes dividiert durch die Masse der Lösung mal hundert ist; Volumenprozent, das das Volumen des gelösten Stoffes dividiert durch das Volumen der Lösung mal hundert ist; und Masse pro Volumenprozent, das die Masse des gelösten Stoffes dividiert durch das Volumen der Lösung mal hundert ist.
Im Labor werden diese Einheiten zusammen mit Molenbruch, Molarität und Molalität verwendet.
Ein Molenbruch der Komponente i, die entweder gelöster Stoff oder Lösungsmittel sein kann, ist die Anzahl der Mole der Komponente geteilt durch die Gesamtzahl der Mol aller Komponenten in der Lösung. Dies ist ein Verhältnis ohne Einheiten, gekennzeichnet durch den Buchstaben χi.
Die Molarität ist die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes in 1 Liter Lösung. Sein Symbol ist der Großbuchstabe M und die Einheiten sind Mol pro Liter.
Die Molalität ist die Anzahl der Mol des gelösten Stoffes in 1 Kilogramm Lösungsmittel. Sein Symbol ist ein kleines, kursives m und die Einheiten sind Mol pro Kilogramm.
Bei der Molalität wird die Masse des Lösungsmittels berücksichtigt, während bei der Molarität das Volumen der gesamten Lösung berücksichtigt wird.
Zur Herstellung einer 1 molaren oder 1 molalen Lösung wird 1 Mol eines gelösten Stoffes, wie z. B. Jod, in einem Lösungsmittel, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff, gelöst.
Das Endvolumen der Lösung wird auf bis zu 1 Liter erhöht, um eine 1-molare Lösung zu bilden.
Für eine molale Lösung wird 1 Kilogramm Tetrachlorkohlenstoff abgewogen. Bei einer Dichte von Tetrachlorkohlenstoff von 1,59 Gramm pro Milliliter würde das Volumen von 1 Kilogramm Lösungsmittel 629 Milliliter betragen.
Die Endkonzentration von 1 molaler Lösung in Tetrachlorkohlenstoff würde also 1,59 molar betragen.
Ein gelöster Stoff ist ein Bestandteil einer Lösung, der typischerweise in einer viel geringeren Konzentration als das Lösungsmittel vorliegt. Konzentrationen gelöster Stoffe werden häufig mit qualitativen Begriffen wie „verdünnt“ (mit relativ geringer Konzentration) und „Konzentrat“ (mit relativ hoher Konzentration) beschrieben.
Konzentrationen können quantitativ mithilfe einer Vielzahl von Messeinheiten bestimmt werden, die jeweils für bestimmte Anwendungen geeignet sind. Die Molarität (M) ist eine nützliche Konzentrationseinheit für viele Anwendungen in der Chemie. Die Molarität ist definiert als die Menge des gelösten Stoffes in Mol dividiert durch das Volumen der Lösung in Litern:
Da die Lösungsvolumina mit der Temperatur variieren, variieren auch die molaren Konzentrationen. Ausgedrückt als Molarität ist die Konzentration einer Lösung mit identischer Anzahl an gelösten Stoffen und Lösungsmittelspezies bei unterschiedlichen Temperaturen aufgrund der Kontraktion/Expansion der Lösung unterschiedlich. Geeigneter für Berechnungen mit vielen kolligativen Eigenschaften sind molbasierte Konzentrationseinheiten, deren Werte nicht von der Temperatur abhängen. Zwei solcher Einheiten sind der Molenbruch (im vorherigen Kapitel über Gase vorgestellt) und die Molalität.
Der Molenbruch χ_A einer Komponente ist das Verhältnis ihrer molaren Menge zur Gesamtmolzahl aller Lösungskomponenten:
Nach dieser Definition ist die Summe der Stoffmengenanteile für alle Lösungskomponenten (das Lösungsmittel und alle gelösten Stoffe) gleich eins.
Molalität ist eine Konzentrationseinheit, die als Verhältnis der Molzahlen des gelösten Stoffes zur Masse des Lösungsmittels in Kilogramm definiert ist:
Da diese Einheiten nur anhand von Massen und Molmengen berechnet werden, variieren sie nicht mit der Temperatur und eignen sich daher besser für Anwendungen, die temperaturunabhängige Konzentrationen erfordern.
Dieser Text ist adaptiert von Openstax, Chemistry 2e, Section 11.4: Colligative Properties.
Wenn eine kleine Menge gelöster Stoff zu einer großen Menge Lösungsmittel hinzugefügt wird, bildet sich eine verdünnte Lösung. Die Konzentrationen von sehr verdünnten Lösungen, wie z. B. Spurenmetallverunreinigungen in Wasser, werden oft in Teilen pro Milliarde oder ppb oder in Teilen pro Million oder ppm ausgedrückt.
Ppm eines gelösten Stoffes kann berechnet werden, indem die Masse des gelösten Stoffes durch die Masse der Lösung dividiert und mit einer Million multipliziert wird.
Wenn eine große Menge gelöster Stoff zu einer kleinen Menge Lösungsmittel hinzugefügt wird, bildet sich eine konzentrierte Lösung.
Häufig verwendete Einheiten umfassen relative Einheiten, die als Prozentsätze ausgedrückt werden, wie z. B.: Massenprozentsatz, der die Masse des gelösten Stoffes dividiert durch die Masse der Lösung mal hundert ist; Volumenprozent, das das Volumen des gelösten Stoffes dividiert durch das Volumen der Lösung mal hundert ist; und Masse pro Volumenprozent, das die Masse des gelösten Stoffes dividiert durch das Volumen der Lösung mal hundert ist.
Im Labor werden diese Einheiten zusammen mit Molenbruch, Molarität und Molalität verwendet.
Ein Molenbruch der Komponente i, die entweder gelöster Stoff oder Lösungsmittel sein kann, ist die Anzahl der Mole der Komponente geteilt durch die Gesamtzahl der Mol aller Komponenten in der Lösung. Dies ist ein Verhältnis ohne Einheiten, gekennzeichnet durch den Buchstaben χi.
Die Molarität ist die Anzahl der Mole des gelösten Stoffes in 1 Liter Lösung. Sein Symbol ist der Großbuchstabe M und die Einheiten sind Mol pro Liter.
Die Molalität ist die Anzahl der Mol des gelösten Stoffes in 1 Kilogramm Lösungsmittel. Sein Symbol ist ein kleines, kursives m und die Einheiten sind Mol pro Kilogramm.
Bei der Molalität wird die Masse des Lösungsmittels berücksichtigt, während bei der Molarität das Volumen der gesamten Lösung berücksichtigt wird.
Zur Herstellung einer 1 molaren oder 1 molalen Lösung wird 1 Mol eines gelösten Stoffes, wie z. B. Jod, in einem Lösungsmittel, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff, gelöst.
Das Endvolumen der Lösung wird auf bis zu 1 Liter erhöht, um eine 1-molare Lösung zu bilden.
Für eine molale Lösung wird 1 Kilogramm Tetrachlorkohlenstoff abgewogen. Bei einer Dichte von Tetrachlorkohlenstoff von 1,59 Gramm pro Milliliter würde das Volumen von 1 Kilogramm Lösungsmittel 629 Milliliter betragen.
Die Endkonzentration von 1 molaler Lösung in Tetrachlorkohlenstoff würde also 1,59 molar betragen.
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