Lösungen

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Tyndall-Effekt bei einer Mehl-Wasser-Suspension (im Vergleich zu einer echten Lösung)
Eine Lösung ist nach der gängigen Definition ein Gemenge aus einem Lösungsmittel und einem darin gelösten Stoff, der ein Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann. In echten Lösungen kann der gelöste Stoff nicht durch Fitrieren oder durch Zentrifugieren vom Lösungsmittel getrennt werden.

Kolloide Lösungen stellen Stoffgemische dar, bei denen die gelösten Teilchen so groß sind, dass sie Lichtstrahlen brechen, der Gang der Lichtstrahlen ist sichtbar (sogenannter Tyndall-Effekt, siehe Abbildung). Sie lassen sich durch Filtrieren oder Zentrifugieren trennen. Man unterscheidet:

Eine Suspension liegt vor, wenn unlösliche, feste Stoffe in einer Flüssigkeit fein verteilt schwimmen, z.B. wenn Gartenerde oder Mehl mit Wasser verrührt wird.
Bei einer Emulsion vermischen sich zwei nicht lösliche Flüssigkeiten, wenn die Flüssigkeitströpfchen fein verteilt werden, z.B. bei der Milch oder bei Mayonnaise.

Außerdem existieren eine Reihe weiterer kolloider Lösungen wie Sole, Schäume oder Aerosole.

Massenanteil von Lösungen

Bei einer 12%igen Kochsalzlösung sind in 100g der Lösung 12% Kochsalz, bzw. 12g Kochsalz enthalten. Die notwendigen Mengen können berechnet werden: Wenn in 100g Lösung 12% Massenanteile Kochsalz enthalten sind, muss man 12g Kochsalz mit 88g (=88ml) Wasser mischen. Bei kristallwasserhaltigen Salzen, z.B. beim blauen Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat (CuSO₄ ^. 5 H₂O) ist zu berücksichtigen, dass der Kristallwasseranteil die Berechnung den Anteil an gelöstem Kupfer(II)-sulfat verfälscht. Entweder muss der Anteil umgerechnet werden oder man benutzt nur kristallwasserfreie Stoffe wie weißes Kupfer(II)-sulfat (CuSO₄).

Konzentrierte und verdünnte Säuren oder Laugen werden oft in Massenprozenten angegeben. Aus konzentrierten Lösungen lassen sich die verdünnten Lösungen unter Zuhilfenahme des Mischungskreuzes verdünnen. Beispiel: Aus 65%iger Salpetersäure soll durch Verdünnen 12%ige Salpetersäure hergestellt werden.

Mischungskreuz
Verdünnt man mit destilliertem Wasser (0%) stellt sich das Ergebnis folgendermaßen dar:

Es sind beispielsweise 12g 65%ige Salpetersäure mit 53g destilliertem Wasser zu verdünnen. In der Literatur und auch auf dieser Homepage wird die Konzentration von Säuren oft nur als "verdünnte" oder "konzentrierte" Säure angegeben, z.B.:

Stoff und Konzentration	Dichte in g/cm³	Konzentration in Massenprozent	annähernde Stoffmengen- konzentration	Herstellungsrezept zur Herstellung ungefährer Lösungen
Ammoniaklösung konzentriert	0,91	25%	ca. 15 mol/l	käuflich
Ammoniaklösung verdünnt	0,96	10%	ca. 6 mol/l	44ml 25%ige Ammoniaklösung in 60ml Wasser lösen
Natronlauge konzentriert	1,22	20%	ca. 5 mol/l	käuflich
Natronlauge verdünnt	1,03	3%	ca. 1 mol/l	13ml 20%ige Natronlauge in 90ml Wasser lösen
Salpetersäure konzentriert	1,40	65%	ca. 10 mol/l	käuflich
Salpetersäure verdünnt	1,07	12%	ca. 2 mol/l	14ml 65%ige Salpetersäure in 86,5ml Wasser lösen
Salzsäure rauchend	1,19	37%	ca. 10 mol/l	käuflich
Salzsäure verdünnt	1,05	10%	ca. 3 mol/l	24ml rauchende Salzsäure in 77ml Wasser lösen
Schwefelsäure konzentriert	1,84	96%	ca. 10 mol/l	käuflich
Schwefelsäure verdünnt	1,07	10%	ca. 1 mol/l	6ml 96%ige Schwefelsäure in 95ml Wasser lösen
Wasserstoffperoxid konzentriert	1,12	30%	ca. 9 mol/l	käuflich
Wasserstoffperoxid verdünnt	1,01	3%	ca. 1 mol/l	9ml 30%ige Wasserstoffperoxidlösung in 90ml Wasser lösen

Volumenanteil von Lösungen

Die Volumenprozent-Angabe wird bei Salzlösungen praktisch nicht verwendet. Dagegen findet man sie häufig bei Mischungen organischer Flüssigkeiten, wie bei Alkohol-Wasser-Gemischen. So enthalten 100ml Brennspiritus mit 96 Volumenprozent Anteil genau 96ml Ethanol. Zur Herstellung einer alkoholischen Lösung mit z.B. 40 Volumenprozent gibt man in einen leeren 100ml-Messkolben zunächst 40ml Ethanol und füllt dann bis zur 100ml-Markierung auf. Dabei ist zu beachten, dass Ethanol eine geringere Dichte als Wasser besitzt, außerdem tritt bei der Mischung das Phänomen der Volumenkontraktion auf: 50ml Wasser und 50ml Ethanol ergeben nicht 100ml Lösung, sondern weniger. Insofern ist die Volumenprozent-Angabe relativ ungenau.

Molare Lösungen

In der Maßanaylse will der Chemiker eine Lösung herstellen, die in einem Liter Lösung 1 Mol der Stoffmenge an Natriumchlorid enthält. Dazu entnimmt er einem Lexikon die chemische Formel für Natriumchlorid (NaCl) und addiert die Atommassen der beteiligten Atome. Dabei erhält er die Masse, die der Stoffmenge 1 Mol entspricht:

u (Na) + u (Cl) = 23g + 35,5g = 58,5 Gramm (gerundet)

Diese Masse wird als molare Masse bezeichnet (Symbol M, gelegentlich auch MG). Sie steht auch meistens bei den Formeln jedes Stoffes im Lexikon schon mit dabei.

(z.B. für Natriumchlorid: M = 58,5 g/mol)

Der Chemiker weiß nun, dass er 58,5 Gramm Natriumchlorid zunächst in einem 1-Liter-Messkolben mit ca. 500ml destilliertem Wasser auflösen und dann mit destilliertem Wasser bis zur 1-Liter-Messmarke auffüllen muss, um eine 1-molare Lösung zu erhalten. Die Lösung besitzt dann eine Konzentration von 1mol/l (weitere Rechenbeispiele bei >Stoffmenge).

Bestimmung der Löslichkeit von Salzen

Die Löslichkeit der Salze ist fast immer temperaturabhängig. Je höher die Temperatur des Lösungsmittels, umso mehr Salz löst sich in der Regel darin. Dies wird in einem Löslichkeitsdiagramm ausgedrückt:

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Zur Bestimmung der Löslichkeit von Salzen bei einer bestimmten Temperatur (z.B. bei 80°C) erwärmt man 50ml destilliertes Wasser in einem 100ml-Becherglas auf genau 80°C und gibt unter ständigem Rühren solange das Salz hinzu, bis ein Bodensatz entsteht. Von der klaren Lösung gibt man 10g in ein kleines Becherglas, das man vorher leer gewogen hat und wiegt dann die Lösung. Nach dem Abdampfen des Wassers in einem Trockenschrank wiegt man das zurückbleibende Salz und kann dann die ursprüngliche, maximale Löslichkeit bei 80°C berechnen:

Wiegen z.B. 10ml der 80°C warmen Lösung 6,72g und bleiben nach dem Abdampfen 1,85g Kochsalz übrig, dann lässt sich die Masse des abgedampften Wassers durch Subtraktion bestimmen:

6,72g - 1,85g = 4,87g

In 4,87g Wasser waren also 1,85g Kochsalz gelöst. Mit einer einfachen Dreisatzrechnung erhält man die Massenkonzentration bei 80°C für Kochsalz:

4,87g = 100%
1,85g = x %

x = 1,85g · 100% / 4,87g = 38% (ca.)

Bei 80°C sind in 100ml Wasser also ca. 38g Kochsalz löslich.

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