Flüssigkeitsmessung

Diese Woche werden Sie sich auch mit den grundlegenden Techniken des Flüssigkeitsmessens beschäftigen. Dabei werden Sie ein fundiertes Verständnis für diese wichtigen Verfahren erlangen und deren korrekte Anwendung üben.

Volumenmessung

Die Messung des Volumens von Flüssigkeiten ist eine Routineaufgabe im Labor und wird in der Regel mit geeichten Messgeräten durchgeführt, die über eine Skala zum Ablesen des Volumens verfügen. Volumina werden im Labor üblicherweise in Litern (l) angegeben; die abgeleitete SI-Einheit des Volumens ist der Kubikmeter (m³), wobei 1 l = 1 dm³ ist.

Einheit	Bezeichnung	Umrechnung
µl	Mikroliter	1 µl = 1 mm³ = 0,001 ml
ml	Milliliter	1 ml = 1 cm³ = 1000 µl = 0,001 l
dl	Deziliter	1 dl = 100 cm³ = 100 ml = 0,1 l
l	Liter	1 l = 1000 cm³ = 1000 ml = 10⁶ µl

Volumenmessgeräte wie Messkolben, Vollpipetten, Messpipetten, Messzylinder und Büretten gehören daher zur Grundausstattung. Sie können aus Glas oder Kunststoff hergestellt sein.

Laborgeräte zur Volumenmessung

Die typischen Geräte zur genauen Messung von Flüssigkeitsvolumen sind Messzylinder, Messkolben, Pipetten und Büretten. Die Genauigkeit des Geräts hängt vom Ablesedurchmesser ab (je kleiner der Ablesedurchmesser ist, desto exakter lässt sich ein bestimmtes Volumen an der Skala ablesen).

Ex- und In-Kennzeichnung

Es gibt grundsätzlich zwei unterschiedliche Arten von Volumenmessgefässen:

«In»-Kennzeichnung: Diese Gefässe sind auf Einlauf justiert. Die aufgenommene Flüssigkeitsmenge entspricht der aufgedruckten Volumenangabe. Das Volumen lässt sich allerdings nicht ganz genau entnehmen. Dazu gehören Messkolben und Messzylinder.

«Ex»-Kennzeichnung: Diese Gefässe sind auf Auslauf justiert. Die abgegebene Flüssigkeitsmenge entspricht der aufgedruckten Volumenangabe. Die im Gerät verbleibenden Flüssigkeitsreste sollten nicht berücksichtigt werden. Dazu gehören Pipetten und Büretten.

Flüssigkeiten mit Messzylinder abmessen

Messzylinder sind in der Regel auf «In» justierte Messgeräte, d. h. sie zeigen exakt das aufgenommene Volumen an.

Beim Ablesen von Flüssigkeiten im Messzylinder sind die folgenden Schritte zu beachten:

Stellen Sie den Zylinder auf eine ebene Fläche: Achten Sie darauf, dass der Messzylinder auf einer waagerechten Oberfläche steht, um eine genaue Ablesung zu gewährleisten.

Messzylinder auf einer ebenen Fläche — Messzylinder gerade aufstellen

Augenhöhe: Bringen Sie Ihre Augen auf Höhe der Flüssigkeit im Zylinder. So können Sie die Messung präziser ablesen (Parallaxefehler vermeiden).

Auge auf Höhe des Meniskus beim Ablesen eines Messzylinders — Meniskus auf Augenhöhe ablesen

Lesen Sie den Meniskus ab: Die Flüssigkeit bildet eine Krümmung, den sogenannten Meniskus. Bei den meisten Flüssigkeiten wird die Messung am unteren Rand des Meniskus abgelesen.

Je nach Flüssigkeit kann die Oberfläche entweder nach unten gewölbt sein (konkaver Meniskus, z. B. Wasser) oder nach oben (konvexer Meniskus, z. B. Quecksilber).

Vergleich eines konkaven und eines konvexen Meniskus — Meniskusform: konkav und konvex

Zum exakten Ablesen muss bei einem konkaven (unten gewölbten) Meniskus der tiefste Punkt den Teilstrich berühren. Bei einem konvexen (oben gewölbten) Meniskus muss, genau umgekehrt, der höchste Punkt den Teilstrich berühren. Zusätzlich ist darauf zu achten, dass auf Augenhöhe abgelesen wird, um einen Parallaxefehler zu vermeiden, der zu erheblichen Ungenauigkeiten führen kann.

Volumenkontraktion

Dieser Begriff bezieht sich auf die Verringerung des Gesamtvolumens beim Mischen zweier Flüssigkeiten. Obwohl man erwarten würde, dass sich die Volumina einfach addieren, ist dies nicht immer der Fall: Zwischen den Molekülen entstehen neue Wechselwirkungen, die zu einer dichteren Packung führen können. Infolgedessen ist das Volumen der Mischung geringer als die Summe der einzelnen Volumina.

Drei Messzylinder: 50 ml rote Teilchen und 50 ml blaue Teilchen ergeben gemischt weniger als 100 ml, weil sich kleinere Teilchen in die Lücken einlagern — Volumenkontraktion

Info:Rechenweg: Volumenkontraktion bei Wasser + Ethanol (100 mL + 100 mL, 20 °C)

Annahmen:

Dichte Wasser: $\rho(\mathrm{H_2O}) \approx 0{,}9982 \,\mathrm{\tfrac{g}{mL}}$
Dichte Ethanol: $\rho(\mathrm{EtOH}) \approx 0{,}7893 \,\mathrm{\tfrac{g}{mL}}$
Eingesetzte Volumina:
- $V(\mathrm{H_2O}) = 100 \,\mathrm{mL}$
- $V(\mathrm{EtOH}) = 100 \,\mathrm{mL}$

1) Massen der eingesetzten Flüssigkeiten:

$m(\mathrm{H_2O}) = 0{,}9982 \cdot 100 = \mathbf{99{,}82 \,\mathrm{g}}$
$m(\mathrm{EtOH}) = 0{,}7893 \cdot 100 = \mathbf{78{,}93 \,\mathrm{g}}$
$m_\text{ges} = 99{,}82 + 78{,}93 = \mathbf{178{,}75 \,\mathrm{g}}$

2) Massenanteil der Mischung:

$w(\mathrm{EtOH}) = \dfrac{78{,}93}{178{,}75} = 0{,}4416 \approx \mathbf{44 \,\% \;(m/m)}$

3) Mischdichte aus der Tabelle:

für $44 \,\%$ (m/m) bei 20 °C: $\rho(\mathrm{Mix}) \approx 0{,}9269 \,\mathrm{\tfrac{g}{mL}}$

4) Endvolumen aus der Mischdichte:

$V_\text{End} = \dfrac{m_\text{ges}}{\rho(\mathrm{Mix})} = \dfrac{178{,}75}{0{,}9269} \approx \mathbf{192{,}8 \,\mathrm{mL}}$

5) Volumenkontraktion:

$\Delta V = 192{,}8 - 200 = \mathbf{-7{,}2 \,\mathrm{mL}}$
Prozentuale Kontraktion: $\dfrac{7{,}2}{200}\cdot 100\,\% \approx \mathbf{3{,}6 \,\%}$

Ergebnis: 100 mL Wasser + 100 mL Ethanol ergeben bei 20 °C etwa 192,8 mL Lösung statt der erwarteten 200 mL. Die Kontraktion beträgt ca. 7,2 mL (3,6 %).

Faktoren, die die Genauigkeit der Flüssigkeitsmessung beeinflussen

Die Genauigkeit der Flüssigkeitsmessung kann durch mehrere Faktoren beeinflusst werden.

Dazu zählen:

Faktor	Einfluss auf die Genauigkeit
Temperatur	Schwankungen können das Messverhalten von Flüssigkeiten und Instrumenten verändern.
Luftfeuchtigkeit	Hohe oder stark schwankende Luftfeuchtigkeit kann zu Messfehlern führen.
Druckänderungen	Änderungen im Umgebungsdruck können das Volumen von Flüssigkeiten und Gasen beeinflussen.
Flüssigkeitseigenschaften	Eigenschaften wie Dichte, Viskosität oder Leitfähigkeit wirken sich auf die Messung aus.
Viskosität	Flüssigkeiten mit hoher Viskosität fliessen langsamer, was zu unvollständiger Aufnahme, Restflüssigkeit in der Pipettenspitze und Luftblasenbildung führen kann.
Qualität des Instruments	Wartung, Kalibrierung, Ablagerungen, Alterung, Einbauort (Vibrationen, Druckstösse) und Messbereich (z. B. kleine Volumen mit grossen Geräten) beeinflussen die Genauigkeit.
Handhabung	Falsche Bedienung oder ungenaue Ablesung kann die Messergebnisse verfälschen.

Tipps und Tricks, um Flüssigkeiten richtig abzumessen

Gerät	Tipp / Trick	Hinweis
Allgemein	Sauberes Gerät verwenden	Vor der Messung spülen und trocknen, keine Restflüssigkeit im Gefäss
	Richtige Grösse wählen	Volumen möglichst nahe am Messbereich des Geräts wählen
	Blasen vermeiden	Flüssigkeit langsam einfüllen, bei viskosen Flüssigkeiten ggf. vorbenetzen
	Temperatur beachten	Messkolben meist für 20 °C kalibriert, Flüssigkeitstemperatur beeinflusst Volumen
	Parallaxefehler vermeiden	Auf Augenhöhe ablesen, Unterkante des Meniskus als Messpunkt
Messzylinder	Langsam einfüllen	Tropfenweise an der Zielmarke, Blasen vermeiden
	Waagerecht aufstellen	Meniskus genau ablesen
Messkolben	Lösung vorbereiten	Zuerst im Becherglas lösen, dann quantitativ in Messkolben überführen
	Volumenlinie beachten	Langsam bis zur Markierung füllen, Meniskus auf Augenhöhe prüfen
	Gut mischen	Nach dem Füllen leicht schwenken für homogene Lösung

Quiz — Volumenmessung

Was versteht man unter dem Meniskus und wie sollte man ihn beim Ablesen von Flüssigkeiten korrekt verwenden?

Welche Aussage über Messzylinder ist korrekt?

Welche Vorteile hat ein Messkolben gegenüber einem Messzylinder?

Welche Geräte eignen sich besonders für die genaue Messung kleiner Flüssigkeitsvolumina?

Welche Faktoren können die Genauigkeit einer Volumenmessung beeinflussen?

Quiz — Ex- und In-Kennzeichnung

Ordnen Sie die Geräte und Aussagen der richtigen Kennzeichnung zu.

Klicke ein Element an und dann die passende Gruppe. Klicke am Ende auf Prüfen.

Flüssigkeitsmessung

Volumenmessung

Laborgeräte zur Volumenmessung

Ex- und In-Kennzeichnung

Flüssigkeiten mit Messzylinder abmessen

Volumenkontraktion

Faktoren, die die Genauigkeit der Flüssigkeitsmessung beeinflussen

Tipps und Tricks, um Flüssigkeiten richtig abzumessen

Quiz — Volumenmessung

Quiz — Ex- und In-Kennzeichnung

Hilfe zur Eingabe

Bedienelemente

Beispiele