Konzentrationsangaben

Stammlösung, Masslösung und Standardlösung

Die Begriffe Stammlösung, Masslösung und Standardlösung beziehen sich auf unterschiedliche Arten von Lösungen mit spezifischen Verwendungszwecken.

Eine Stammlösung ist eine hochkonzentrierte Lösung, die zur Herstellung von Lösungen geringerer Konzentration, sogenannten Arbeitslösungen, verwendet wird (z. B. 10X-PBS-Lösung).

Eine Masslösung ist eine Lösung mit genau bekannter Konzentration, die in der Volumetrie (Titration) zur Bestimmung der Konzentration anderer Substanzen eingesetzt wird.

Eine Standardlösung ist ebenfalls eine Lösung mit genau definierter Konzentration, die jedoch primär zur Kalibrierung von Messgeräten in der Analytik dient (z. B. BSA-Standard für die Bradford-Methode, um Proteine zu quantifizieren).

Konzentration von Lösungen

Die Konzentration einer Lösung gibt an, wie viel gelöster Stoff in einer bestimmten Menge Lösungsmittel oder Lösung enthalten ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Konzentration auszudrücken:

Massenprozent

Auch als Gewichtsprozent bezeichnet (abgekürzt Gew.-% oder w/w: weight/weight). Gibt die Anzahl Gramm eines gelösten Stoffes in 100 g Lösung an. Wird vor allem für feste Stoffe verwendet.

Volumenprozent

Abgekürzt Vol-% oder v/v (volume/volume). Gibt den Volumenanteil eines reinen Stoffes in 100 Volumenanteilen der Lösung an. Häufig bei Flüssigkeiten.

Stoffmengenkonzentration (Molarität)

Die Stoffmengenkonzentration cc (früher: Molarität) gibt an, wie viele Mol eines gelösten Stoffes in 1 L Lösung enthalten sind.

Hintergrund:Molaritäts-Umrechnungstabelle
Einheit Symbol Äquivalent zu [mol/L]
1 mol/L M 1 mol/L
1 mmol/L mM 1 × 10⁻³ mol/L
1 µmol/L µM 1 × 10⁻⁶ mol/L
1 nmol/L nM 1 × 10⁻⁹ mol/L

Beispiel: Eine 0,1 M NaCl-Lösung enthält 0,1 mol NaCl in 1 L Lösung, entsprechend 5,844 g NaCl pro Liter.

Faktorielle Konzentration (nX)

Die Bezeichnung nX ist keine standardisierte Einheit, sondern beschreibt eine faktorenbezogene Konzentration. Eine nX-Lösung ist n-mal konzentrierter als die gewünschte 1X-Endlösung.

Hintergrund:Beispiel: Herstellung von 100 mL 1X PBS aus einer 10X-PBS-Lösung
  1. Die 10X-Lösung ist zehnmal konzentrierter als die gewünschte 1X-Lösung.
  2. Daher muss sie im Verhältnis 1:9 mit Wasser verdünnt werden.
  3. Für ein Endvolumen von 100 mL benötigt man:
    • 10 mL 10X PBS
    • 90 mL destilliertes Wasser

Ergebnis: 100 mL 1X PBS

Zusammenfassung: die wichtigsten Einheiten

Konzentrationseinheit Abkürzung Definition Beispiel
Stoffmengenkonzentration mol/L (M) Stoffmenge pro Liter Lösung 1 M NaCl = 1 mol NaCl in 1 L Lösung
Massenprozent % (w/w) Masse des Stoffs pro 100 g Lösung 5 % w/w = 5 g Stoff in 100 g Lösung
Volumenprozent % (v/v) Volumen des Stoffs pro 100 mL Lösung 10 % v/v = 10 mL Ethanol in 100 mL Lösung
Massenkonzentration g/L Masse des Stoffs pro Liter Lösung 20 g/L Glukose

Umrechnung zwischen Konzentrationseinheiten

Die Umrechnung zwischen Molarität (mol/L), Massenkonzentration (g/L) und prozentualer Konzentration (%) hängt von der molaren Masse des jeweiligen Stoffes ab.

Umrechnung Molarität (mol/L) in Massenkonzentration (g/L)

Massenkonzentration (g/L)=Molarita¨t (mol/L)×molare Masse (g/mol)\text{Massenkonzentration (g/L)} = \text{Molarität (mol/L)} \times \text{molare Masse (g/mol)}

Umrechnung Massenkonzentration (g/L) in Molarität (mol/L)

Molarita¨t (mol/L)=Massenkonzentration (g/L)molare Masse (g/mol)\text{Molarität (mol/L)} = \frac{\text{Massenkonzentration (g/L)}}{\text{molare Masse (g/mol)}}

Umrechnung prozentuale Konzentration (%) in Massenkonzentration (g/L)

Massenkonzentration (g/L)=prozentuale Konz. (%)×Dichte (g/mL)×1000 mL/L100\text{Massenkonzentration (g/L)} = \frac{\text{prozentuale Konz. (\%)} \times \text{Dichte (g/mL)} \times 1000\ \text{mL/L}}{100}

Umrechnung prozentuale Konzentration (%) in Molarität (mol/L)

  • Diese Umrechnung ist komplexer und benötigt die Dichte der Lösung und die molare Masse des gelösten Stoffes.
  • Zuerst muss man die Massenkonzentration (g/L) aus der prozentualen Konzentration und der Dichte berechnen.
  • Dann kann man die Molarität (mol/L) aus der Massenkonzentration und der molaren Masse berechnen.

Umrechnungstabelle mit Beispielen

Ausgangskonzentration Zielkonzentration Beispielrechnung Hinweis / Formel
1 M (NaCl) mg/L 1 mol/L × 58,44 g/mol × 1000 = 58 440 mg/L M × Molmasse × 1000
0,9 % (NaCl) mol/L (M) 0,9 g / 100 mL = 9 g/L → 9 g/L ÷ 58,44 g/mol = 0,154 M % = g/100 mL, dann durch Molmasse
100 mg/L (Glukose) M 100 mg/L = 0,1 g/L → 0,1 g/L ÷ 180,16 g/mol = 0,000555 M mg/L ÷ 1000 = g/L, dann durch Molmasse
1 mM (KCl) mg/L 0,001 mol/L × 74,55 g/mol × 1000 = 74,55 mg/L mM = mmol/L → Molmasse × mmol/L
5 % (Glukose) mg/mL 5 g / 100 mL = 50 mg/mL % = g/100 mL → ×1000 für mg/mL
2 M (HCl) % 2 mol/L × 36,46 g/mol = 72,92 g/L → 72,92 g/L ÷ 10 = 7,29 % g/L ÷ 10 = % (da % = g/100 mL)

Üben Sie das Umrechnen

Eine halb-physiologische Kochsalzlösung enthält 0,45 g NaCl pro 100 mL (0,45 % m/v). Welche Stoffmengenkonzentration hat sie? (M(NaCl) = 58,44 g/mol)

Eine Lösung enthält 2 mM KCl (M(KCl) = 74,55 g/mol). Welche Massenkonzentration entspricht das?

Eine Proteinlösung hat eine Konzentration von 2 mg/mL. Geben Sie die Konzentration in einer anderen Einheit an.

Praxis: Berechnung der Molarität

Um die Molarität zu berechnen, werden die Dichte und der Massenanteil (Gewichtsprozent) der Säure sowie deren molare Masse verwendet. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schritten: Umrechnung des Massenanteils in g/L, Berechnung der Stoffmenge (n) der Säure und anschliessende Division durch das Volumen (V) der Lösung in Litern, um die Molarität (M) zu erhalten.

Schritte zur Berechnung der Molarität

  1. Dichte: Die Dichte der konzentrierten Säure (in g/mL oder g/L) wird verwendet, um die Masse der Lösung (g) zu berechnen.
  2. Massenanteil: Der Massenanteil wird in g/L umgerechnet, indem er mit der Dichte und dem Faktor 1000 multipliziert wird (1 L = 1000 mL).
  3. Stoffmenge (n): Die Stoffmenge der Säure wird mithilfe der molaren Masse berechnet.
n=Massemolare Massen = \frac{\text{Masse}}{\text{molare Masse}}
  1. Molarität (M): Die Molarität wird ermittelt, indem die Stoffmenge (n) durch das Volumen der Lösung in Litern dividiert wird.
M=nVM = \frac{n}{V}

Diese Berechnungen werden häufig bei konzentrierten Säuren wie Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure angewendet.

Hintergrund:Beispiel: Berechnung der Molarität von konzentrierter Schwefelsäure

Gegeben:

  • Massenanteil: 96 % H₂SO₄ (w/w)
  • Dichte: 1,84 g/mL
  • Molmasse: 98,08 g/mol

Schritte:

  1. Dichte → Masse der Lösung pro Liter 1 mL Lösung wiegt 1,84 g → 1000 mL Lösung = 1840 g
  2. Reine Masse an H₂SO₄ berechnen 96 % von 1840 g = 1766,4 g H₂SO₄
  3. Stoffmenge berechnen 1766,4 g ÷ 98,08 g/mol = 18,01 mol
  4. Molarität berechnen 18,01 mol ÷ 1 L = 18,0 M