Gehaltsangaben in Lösungen 10:16 min

Hallo und herzlich willkommen! Unser heutiges Thema lautet: Gehaltsangaben bei Lösungen. Und damit um die Frage, wie viel gelöster Stoff befindet sich in meiner Lösung. Nach dem Film weißt Du dann, was die Stoffmengenkonzentration ist, der Massenanteil und die Massenkonzentration.

Noch einmal zur Fragestellung. Sagen wir mal, wir haben einen Behälter, den wir mit Lösungsmittel füllen und in diesem Lösungsmittel lösen wir dann einen Stoff. Zum Beispiel könnte das Lösungsmittel Wasser sein und der gelöste Stoff Natriumchlorid, also Kochsalz. Die Frage, um die es hier in diesem Video nun gehen wird, ist die: Wie kann ich den Gehalt an gelöstem Stoff in einer Lösung beschreiben? Tatsächlich gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten, wie man Gehalte von Stoffen in Lösungen beschreiben kann. Hier in diesem Video möchte ich mich auf 3 Möglichkeiten beschränken. Und zwar:

1. auf die sogenannte Stoffmengenkonzentration, auch Molarität genannt, dann auf den sogenannten Massenanteil, den man auch als Massenprozent angeben kann und zuletzt auf die Massenkonzentration

Zunächst zur Stoffmengenkonzentration, der Molarität. Die Stoffmengenkonzentration wird beschreiben durch die Formel c=n(i)/V(gesamt). Dabei ist c die Molarität, also die Stoffmengenkonzentration, n(i) ist die Stoffmenge des gelösten Stoffes und V(gesamt) ist das Gesamtvolumen der betrachteten Lösung. Die Stoffmenge wird in Mol gemessen, das Volumen in Litern. So das sich als Einheit der Konzentration mol/l ergibt. Man kann folglich sagen, die Stoffmengenkonzentration gibt an, wie viele Mol eines Stoffes in einem Liter Lösung enthalten sind. Dazu ein Beispiel. Sagen wir, wir haben einen 5l-Maßkolben, in den wir 400g Natriumchlorid geben. In diesen Kolben geben wir etwas Wasser und schütteln gut, so das sich unser Natriumchlorid vollständig löst. Alsdann füllen wir den Kolben mit Wasser auf die 5l-Marke auf und schütteln noch einmal, damit sich alles gut vermischt. Nun haben wir eine Lösung hergestellt, bei der sich 400g Natriumchlorid in 5l Lösung befinden. Um nun die Stoffmengenkonzentration zu berechnen, brauchen wir n(i) und V(gesamt). V(gesamt) ist ja bekannt. Das sind die 5 Liter. n(i), die Stoffmenge des gelösten Stoffes können wir ausrechnen, indem wir die abgewogene Masse, nämlich die 400g, durch die Molmasse des Natriumchlorids teilen und dann auf eine Stoffmenge von, in diesem Falle, 6,84mol kommen. Nun kennen wir also sowohl Stoffmenge als auch Gesamtvolumen und können die Stoffmengenkonzentration ausrechnen, indem wir die 6,84mol durch die 5l teilen. Es ergibt sich eine Konzentration, eine Stoffmengenkonzentration, eine Molarität von 1,37mol/l. Zu dieser Lösung würde man dann auch sagen: die Lösung ist 1,37 molar. Wenn ihr also irgendwo die Angabe hört, eine Lösung sei so und soviel molar, dann ist damit die Stoffmengenkonzentration gemeint, mol/l. Eine 1 molare Lösung hat die Stoffmengenkonzentration von 1mol/l.

Die nächste Möglichkeit zur Angabe des Gehalts eines gelösten Stoffes in einer Lösung, ist der sogenannte Massenanteil, auch als Massenprozent bekannt. Der Massenanteil ist definiert durch die Gleichung klein Omega=m(i)/m(gesamt). Klein Omega ist der Massenanteil, m(i) ist die Masse des gelösten Stoffes und m(gesamt) ist die Gesamtmasse der Lösung. Die Masse des gelösten Stoffes wird in Gramm angegeben, die Gesamtmasse der Lösung wird ebenfalls in Gramm angegeben und folglich ist der Massenanteil Omega dimensionslos. Er hat keine Einheit. Man kann also sagen, der Massenanteil gibt an, wie groß die Masse des gelösten Stoffes im Verhältnis zur Gesamtmasse der Lösung ist. Auch hierzu ein Beispiel. Wir haben einen Behälter, in den wir 400g Natriumchlorid geben und abgemessene 3l Wasser. Da die Dichte des Wassers 1g/ml ist, können wir auch sagen, dass diese 3l Wasser genau 3kg wiegen. Unser Omega würde sich folglich berechnen durch m(i)/m(gesamt) bei 400g, die die Masse des gelösten Stoffes sind, geteilt durch die Gesamtmasse der Lösung. Die setzt sich aber zusammen als Summe der Masse des Natriumchlorids + der Masse des Wassers. Denn die bilden ja beide zusammen die Lösung. Also steht da: Omega=400g/3400g. Es ergibt sich die Zahl 0,118. Also Omega=0,118 und das können wir auch umschreiben als 11,8%. Was ja nichts anderes heißt, als 11,8 Hundertstel. Zu dieser Lösung würde man also sagen, die Lösung ist 11,8-prozentig.

So, die 3. Möglichkeit der Gehaltsangabe ist die Massenkonzentration. Sie wird beschrieben durch die Formel: Rho(i)=m(i)/V(gesamt). Die Massenkonzentration wird folglich beschrieben durch den Buchstaben Rho, dieser komische Kringel da, welcher bitte nicht mit einem P zu verwechseln ist. m(i) ist die Masse des gelösten Stoffes und V(gesamt) ist das Gesamtvolumen der Lösung. m(i) wird in Gramm angegeben, V(gesamt) in Litern und folglich gibt man Rho(i), also die Massenkonzentration, in g/l an. Man kann also sagen, die Massenkonzentration gibt an, wie viele Gramm gelöster Stoff in einem Liter Lösung enthalten sind. Gehen wir an dieser Stelle noch einmal zu diesem Beispiel zurück, indem wir 400g Natriumchlorid in 5l Gesamtlösung hatten. Die Massenkonzentration würde sich folglich berechnen nach Rho(i)=m(i)/V(gesamt). In unserem Falle 400g/5l und heraus kämen 80g/l. Manchmal möchte man statt Litern Milliliter schreiben und dann steht da eben 0,08g/ml. Beide Angaben sind natürlich richtig.

An dieser Stelle sollte man noch auf den Zusammenhang hinweisen, der zwischen der Massenkonzentration und der Stoffmengenkonzentration besteht. Wir wissen ja, die Massenkonzentration Rho(i) wird berechnet, indem man die Masse des gelösten Stoffes m(i) durch das Gesamtvolumen teilt, V(gesamt). Wir wissen aber auch, dass es einen Zusammenhang zwischen der Masse eines Stoffes und seiner Stoffmenge gibt, nämlich m=n×M, also die Masse = Stoffmenge × die Molmasse eines Stoffes. Diese Beziehung gilt natürlich auch hier, so das wir in der Definitionsgleichung der Massenkonzentration m(i) ersetzen können durch n(i)×M(i), also die Stoffmenge × die Molmasse. Diese Gleichung können wir noch ein bisschen umschreiben und sehen, dass sich der Ausdruck ergibt n(i), also die Stoffmenge des gelösten Stoffes, durch das Gesamtvolumen und diesen Ausdruck können wir durch c ersetzen. Das ist nämlich unsere Stoffmengenkonzentration. Und daraus ergibt sich dann der Zusammenhang Rho(i), die Massenkonzentration = die Stoffmengenkonzentration × die Molmasse des gelösten Stoffes.

So, und damit wären wir auch schon am Ende dieses Videos. Wir haben gerade gelernt, wie man den Gehalt an gelöstem Stoff in einer Lösung angeben kann. Dabei wurden 3 Möglichkeiten vorgestellt. Zum einen die Stoffmengenkonzentration c, dann der Massenanteil Omega und dann noch die Massenkonzentration Rho(i). Tatsächlich gibt es für Spezialanwendungen noch weitere Möglichkeiten, aber diese 3 sind für die Praxis die Wichtigsten.

Vielen Dank fürs Zuschauen, tschüss und bis zum nächsten Mal!