Gemische und Lösungen

In dieser Woche beschäftigen Sie sich mit den Grundlagen von Gemischen und Lösungen. Sie lernen die Unterschiede zwischen homogenen und heterogenen Gemischen kennen, verstehen die Begriffe Löslichkeit und Konzentration und üben das Herstellen, Verdünnen und Berechnen von Lösungen. Besonderer Fokus liegt auf der systematischen Vorbereitung von Stammlösungen sowie auf den verschiedenen Methoden zur Herstellung und Verdünnung.

Lernziele

  1. Sie kennen die wichtigsten Begriffe rund um Gemische und Lösungen (homogen/heterogen, Phase/Phasengrenze, gesättigt/ungesättigt/übersättigt).
  2. Sie kennen die Unterschiede und Anwendungen von Stammlösungen, Masslösungen und Standardlösungen.
  3. Sie kennen verschiedene Konzentrationsangaben (Molarität, Masse-%, Volumen-%, g/L, faktorielle Konzentration) und können zwischen diesen Einheiten umrechnen.
  4. Sie können Lösungen herstellen, mischen und verdünnen (einschliesslich Verdünnungsreihen) und dabei die Konzentration bzw. den Verdünnungsfaktor berechnen.
  5. Sie kennen wichtige Faktoren und Methoden, die die Genauigkeit beim Herstellen von Lösungen beeinflussen (z. B. Wägemethoden).

Gemische

In der Chemie versteht man unter einem Gemisch eine Kombination aus zwei oder mehr Stoffen, bei der die einzelnen Bestandteile ihre chemischen Eigenschaften behalten.

Nahaufnahme von Granit mit sichtbaren hellen und dunklen Mineralkörnern
Granit ist ein heterogenes Gemisch aus verschiedenen Mineralien (z. B. Quarz, Feldspat, Glimmer). Die einzelnen Bestandteile sind mit blossem Auge sichtbar.

Gemische werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:

Homogene Gemische

  • Erscheinen einheitlich
  • Bestandteile sind nicht sichtbar
  • Nur eine Phase vorhanden
  • Beispiele: Zuckerwasser, Luft

Heterogene Gemische

  • Bestehen aus sichtbaren Bestandteilen oder Phasen
  • Zwischen den Bestandteilen gibt es Phasengrenzen
  • Beispiele: Sand in Wasser, Öl in Wasser, Granit

Lösung (homogenes Gemisch)

Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch aus einem oder mehreren gelösten Stoffen in einem Lösungsmittel (meist Wasser). Die Teilchen sind auf molekularer Ebene verteilt und nicht sichtbar.

Löslichkeit

Löslichkeit bezeichnet die maximale Menge einer reinen Substanz, die sich bei einer bestimmten Temperatur in einer bestimmten Menge Lösungsmittel lösen kann. Angegeben wird sie entweder pro Menge Lösungsmittel (üblich: Gramm pro 100 g bzw. 100 mL Lösungsmittel) oder pro Liter (g/L bzw. mol/L). In den folgenden Beispielen verwenden wir einheitlich g pro 100 mL Wasser; für NaCl gilt bei 20 °C etwa 35,8 g/100 mL (entsprechend 358 g pro Liter Wasser).

Lösungen werden gemäss ihrer Löslichkeit in verschiedene Kategorien unterteilt. Die häufigsten Klassifikationen sind:

Hintergrund:Beispiel: ungesättigte Lösung

Zur Herstellung einer 1 M NaCl-Lösung werden 58,44 g NaCl (molare Masse 58,44 g/mol) in 1 L Wasser gegeben und unter Rühren vollständig aufgelöst. Diese Lösung ist ungesättigt, da die hinzugefügte Menge NaCl deutlich unter der maximalen Löslichkeit von NaCl bei der entsprechenden Temperatur liegt (35,8 g NaCl pro 100 mL Wasser bei 20 °C).

Hintergrund:Beispiel: gesättigte Lösung

Zur Herstellung einer gesättigten NaCl-Lösung (ca. 6,1 M) werden 358 g NaCl (molare Masse 58,44 g/mol) in 1 L Wasser gegeben und unter Rühren vollständig aufgelöst. Diese Lösung ist gesättigt, da die hinzugefügte Menge NaCl der maximalen Löslichkeit von NaCl bei der entsprechenden Temperatur entspricht (35,8 g NaCl pro 100 mL Wasser bei 20 °C). Der Molaritätswert ist dabei nur ein Näherungswert: Beim Lösen verändert sich das Volumen, sodass am Ende etwas mehr als 1 L Lösung vorliegt.

Hintergrund:Beispiel: übersättigte Lösung

Zur Herstellung einer übersättigten NaCl-Lösung werden 400 g NaCl (molare Masse 58,44 g/mol, Löslichkeit 35,8 g/100 mL Wasser bei 20 °C) in 1 L Wasser gegeben und unter Rühren aufgelöst. Diese Lösung ist übersättigt, da sich nur 358 g NaCl in 1 L Wasser lösen können, während die restlichen 42 g NaCl sich als Feststoff absetzen und nicht gelöst bleiben.

Die Löslichkeit eines Stoffes hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:

  1. Temperatur: In der Regel erhöht sich die Löslichkeit fester Stoffe in Flüssigkeiten mit steigender Temperatur, während die Löslichkeit von Gasen meist mit steigender Temperatur abnimmt.
  2. Druck: Besonders bei Gasen beeinflusst der Druck die Löslichkeit – höherer Druck erhöht die Löslichkeit (Henry-Gesetz).
  3. Art des Lösungsmittels: «Gleiches löst sich in Gleichem» – polare Stoffe lösen sich besser in polaren Lösungsmitteln (z. B. Wasser), unpolare Stoffe besser in unpolaren Lösungsmitteln (z. B. Benzin).

Quiz 1: Gemische und Lösungen

Was unterscheidet ein homogenes von einem heterogenen Gemisch?

Was ist eine Phase? Was versteht man unter einer Phasengrenze?

Wann spricht man von einer gesättigten Lösung?

Sie geben bei 20 °C 40 g NaCl in 100 mL Wasser (Löslichkeit: 35,8 g/100 mL). Ein Bodensatz bleibt zurück. Wie bezeichnet man die überstehende Lösung?

Ordnen Sie die folgenden alltäglichen Beispiele den richtigen Kategorien zu.

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