{{navi|Stöchiometrie|Stoffmengequantitative Analyse}}== "Alles eine Frage der Dosis!" == Im Alltag stellt sich häufig die Frage nach Grenzwerten: Was gilt als harmlos, ''WIE VIEL'' ist bedenklich? ''"Die Dosis macht das [[Gift]]"'' ist eine Kernaussage der Chemie. Untersucht man z. B. im Rahmen einer [[quantitative Analyse|quantitativen Analyse]] eine Probe hinsichtlich seiner Zusammensetzung, müssen die Inhaltsstoffe nach ihrem relativen Anteil bestimmt werden, also der '''Konzentration '''. Die Konzentrationsangabe von Lösungen kann hierbei in unterschiedlicher Weise angegeben werden.erfolgen:
== Übliche Konzentrationsangaben ==
=== Stoffmengenkonzentration ''c'' ===
Die '''Stoffmengenkonzentration''' (veraltet: Molarität) ''c''(X) einer Lösung ist das Verhältnis aus der gelösten [[Stoffmenge]] ''n''(X) pro Volumen Gesamtvolumen ''V'' der Lösung (nicht zu verwechseln mit dem Lösungsmittelanteiligen Volumen des Lösungsmittels).{| | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(X)|NL=|ZR=''[[Stoffmenge|n]]''|BR=<b>──</b>|NR=''V''}}| (1a)|}
Einheit der Stoffmengenkonzentration ist mol/L.
Beispiele:
# Die Konzentration von rauchender [[Salzsäure]] beträgt ca. 10 mol{{*}}L<sup>-1</sup>, kurz: ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[HCl]]) = 10 mol{{*}}L<sup>-1</sup> oder 10-molare Salzsäure. Es sind daher in genau einem Liter der Salzsäure 10 mol HCl enthalten, [[molare Masse|also 364,5 g]].# Die Konzentration von [[Natronlauge]] zur Herstellung von Laugengebäck ("Brezellauge") darf max. 1 mol{{*}}L<sup>-1</sup>, kurz: ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''([[NaOH]]) = 1 mol{{*}}L<sup>-1</sup>. Es sind daher in genau einem Liter der Lauge 1 mol NaOH enthalten, [[molare Masse|also 40 g]]. Statt Angabe der Konzentration eines Stoffes X als ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(X) findet sich häufig die Schreibweise [X]:{| | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[X]''|NL=|ZR=''[[Stoffmenge|n]]''|BR=<b>──</b>|NR=''V''}}| (1b)|} Neben der Stoffmengenkonzentration ''c''(X) ist auch die Angabe als Massen- bzw. Volumen-Konzentration möglich: === Massenkonzentration 𝜷 ===Die Massenkonzentration 𝜷 steht für das Verhältnis der Masse ''m'' eines Stoffes zum Gesamtvolumen ''V'' der Lösung, in dem Stoff gelöst ist (nicht zu verwechseln mit dem anteiligen Volumen des Lösungsmittels vor dem Auflösen), kurz:{| | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=𝜷|NL=|ZR=''m''|BR=<b>──</b>|NR=''V''}}| (2)|}Die Angabe der Massenkonzentration z. B. bei Mineralwasser erfolgt in mg/L oder bei Spurengasen in μg/m³. Die Massenkonzentration kann auch aus der Stoffmengenkonzentration berechnet werden, siehe [[Konzentration#Massenkonzentration_-_Stoffmengenkonzentration|(5)]]. === Massenanteil w, Massen- und Gewichtsprozent ===Der Massenanteil ''w''(X) steht für das Verhältnis der anteiligen Masse ''m''(X) des Stoffes X zur Gesamtmasse ''m''<sub>ges</sub> des Stoffgemisches bzw. Lösung (3). Geht man von den Ausgangsmassen der verschiedenen Komponenten aus, ersetzt man ''m''<sub>ges</sub> gemäß (3a), kurz:{| | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''w''(X)|NL=|ZR=''m''(X)|BR=<b>────</b>|NR=''m''<sub>ges</sub>}}| (3) bzw. || {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''w''(X)|NL=|ZR=''m''(X)|BR=<b>────────</b>|NR=''m''(X) + ''m''(Y)}}| (3a)|}Durch Kürzen der Masseneinheit Gramm ergibt sich der Massenanteil ''w'' als Zahl zwischen 0 und 1. In der Praxis wird dennoch häufig die ungekürzte Einheit g/g angegeben.
Statt Durch Multiplizieren des Massenanteils mit 100 % erhält man die in der Praxis gebräuchliche Angabe der Konzentration eines Stoffes X als ''c'Gewichtsprozent'''(XAbk.: Gew.-%) wird häufig die Schreibweise [X] verwendetbzw. '''Massenprozent'''.
:[X] = Die Angabe ''nw''(X) / ''V''= 1 % bedeutet, dass 1 g des Stoffes mit dem [[Lösemittel]] auf insgesamt 100 g aufgefüllt werden.
'''Beispiele:'''
* [[Salzsäure]]
* Die Konzentration ''[[Gewichtsprozent|w]]'' von [[Natronlauge]] zur Herstellung von Laugengebäck ("Brezellauge") darf max. 4% betragen. Um 1 kg der Lauge herzustellen, müssen 40 g festes [[Natriumhydroxid]] ''rechnerisch'' mit Wasser auf 1 kg aufgefüllt werden. In der ''Praxis'' dürfen die NaOH-Plätzchen nur ins Wasser gegeben werden, nicht umgekehrt, siehe [[Natronlauge]].
* Es wird [[Natronlauge]] ''[[Gewichtsprozent|w]]'' = 30% benötigt. Um 100 g der Lauge herzustellen, müssen 30 g festes [[Natriumhydroxid]] in 70 g Wasser gelöst werden.
Neben === Volumen-Konzentration σ ===Das Stoffvolumen ''V''(X) wird zum Gesamtvolumen ''V''<sub>ges</sub> ''nach Zugabe des [[Lösemittel]]s'' ins Verhältnis gesetzt. Die Angabe der Stoffmengenkonzentration Volumen-K. ''cσ''(X) = 1 Vol.-% bedeutet, dass 1 mL des Stoffes mit dem Lösemittel auf insgesamt 100 mL aufgefüllt werden, Beispiel s. [[Ethanol]].{| | {{Bruch|ist auch die Angabe als Massen==|ZL=|BL=''σ''(X)|NL=|ZR=''V''(X){{*}}100%|BR=<b>────────</b>|NR=''V''<sub>ges</sub>}}| (4a)|} Bei sehr geringen Konzentrationen sind neben den oben erwähnten K.- bzwAngaben noch weitere in Gebrauch, z. B. Promille <sup>0</sup>/<sub>00</sub> (<sup>1</sup>/<sub>1.000</sub>), [[ppm]] (<sup>1</sup>/<sub>1.000.000</sub>) o. [[ppb]] (<sup>1</sup>/<sub>1.000.000.000</sub>). Volumen-Konzentration möglich:
=== Massenkonzentration ===Die Massenkonzentration Bezieht man bei der Berechnung der Konzentration (4b) das Stoffvolumen ''βV'' steht für (X) auf das Verhältnis der Masse Gesamtvolumen ''mV'' eines Stoffes zum Volumen <sub>ges</sub> aller Komponenten ''Vvor dem Mischen'' , erhält man wegen des Volumenschwundes beim Mischen einen von der Lösung, in dem Stoff gelöst ist (nicht zu verwechseln mit dem Volumen des Lösungsmittels vor dem Auflösen)-Konzentration abweichenden Wert, kurz:den '''Volumenanteil'''.
{{Formel|1=''β'Beispiel:' = ''m'' / ''V''}} MassenkonzentrationJeweils 50 mL Ethanol und Wasser werden sortenrein abgemessen.
Die Angabe Das Gesamtvolumen ''βV''(X) erfolgt z. B. bei Mineralwasser in mg<sub>ges</L oder bei Spurengasen in μg/m³.<brsub>Umrechnung: aller Komponenten ''βvor dem Mischen''beträgt 100 mL. Mit (X4b) = ergibt sich ein ''cVolumenanteil von 50%''(X){{*}}''M''(X).
Beispiel:Beim Durchmischen zeigt sich ein Volumenschwund von ca. 5 mL, damit beträgt das Gesamtvolumen ''V''<sub>ges</sub> ''nach Zugabe des [[Lösemittel]]s'' aber nur noch 95 mL. Mit (4a) ergibt sich eine ''Volumen-Konzentration von 52,6%'' (100%{{*}}50/95).
Die Stoffmengenkonzentration von === ppm ===1 [[Natronlaugeppm]] aus dem obigen Beispiel beträgt 1 mol/L. Welcher Massenkonzentration entspricht dies?: ''β''(NaOH) = ''c''(NaOH){{*}}''M''(NaOH): ''β''(NaOH) = 1 mol/L{{*}}40 g/mol: ''β''(NaOH) = 40 g/LDie Massenkonzentration einer ≈ 1-molaren Natronlauge beträgt 40 gmg/L.
=== Massenanteil, Massen- und Gewichtsprozent Umrechnungen ===Der Massenanteil ''w''(X) steht für das Verhältnis der anteiligen Masse ''m''(X) des Stoffes X zur Gesamtmasse ''m''<sub>ges</sub> des Stoffgemisches bzw. Lösung, kurz:
{{Formel|1=''w''=== Massenkonzentration - Stoffmengenkonzentration ====Die Angabe der Konzentration z. B. bei [[Trinkwasser]] erfolgt als Massenkonzentration 𝜷(X) = in mg/L. Über die [[molare Masse]] ''mM''(X) / des gelösten Stoffes können [[Stoffmengenkonzentration]] ''mc''<sub>ges</sub>}} Massenanteilund Massenkonzentration 𝜷 umgerechnet werden:
Durch Kürzen der Masseneinheit Gramm ergibt sich der Massenanteil als Zahl zwischen 0 und 1{| | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''|NL=|ZR=[[Massenkonzentration|𝜷]]|BR=<b>──</b>|NR=''[[molare Masse|M]]''}}| (5a) bzw. | {{Bruch|ist==|ZL=|BL=[[Massenkonzentration|𝜷]]|NL=|ZR=|BR=''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''{{*}}''[[molare Masse|M]]''|NR=}}| (5b)|}
Durch Multiplizieren des Massenanteils mit 100 % erhält man die in der Praxis gebräuchliche Angabe '''Gewichtsprozent''' (Abk.Beispiele: Gew.-%) bzw. '''Massenprozent'''.
Die Angabe 1) Gemäß [[Trinkwasser]]verordnung beträgt der Grenzwert der Konzentration von [[Chlorid]] 250 mg/L. Welcher Stoffmengenkonzentration entspricht dies?: ''[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(Cl<sup>-</sup>) = [[Massenkonzentration|𝜷]](Cl<sup>-</sup>)/''[[molare Masse|M]]''(Cl<sup>-</sup>): ''w[[Stoffmengenkonzentration|c]]''(XCl<sup>-</sup>) = 1 % bedeutet0,25 g/L / 35, dass 1 453 g des Stoffes mit dem /mol: ''[[LösemittelStoffmengenkonzentration|c]] auf insgesamt 100 g aufgefüllt werden''(Cl<sup>-</sup>) = 7, Beispiel s. 05 [[Salzsäuremilli|m]]mol/LDie max. Stoffmengenkonzentration von Chlorid gemäß Trinkwasserverordnung beträgt 7,05 Millimol pro Liter.
=== Volumen-Konzentration ===2) Die Stoffmengenkonzentration von [[Natronlauge]] aus dem dort genannten Beispiel beträgt 1 mol/L. Welcher Massenkonzentration entspricht dies?Volumen-K.: Die Angabe 𝜷(NaOH) = ''c''(NaOH){{*}}''σM''(XNaOH): 𝜷(NaOH) = 1 mol/L{{*}}40 g/mol: 𝜷(NaOH) = 40 g/LDie Massenkonzentration einer 1 Vol.-% bedeutet, dass 1 mL des Stoffes mit dem [[Lösemittel]] auf insgesamt 100 mL aufgefüllt werden, Beispiel s. [[Ethanol]]molaren Natronlauge beträgt 40 g/L.
Bei sehr geringen Konzentrationen sind neben den oben erwähnten K.==== Massenanteil - Angaben noch weitere in Gebrauch, z. B. [[ppm]] o. [[ppb]].Stoffmengenkonzentration ===={{Ue-ec|109|Beispiel|Impulse Umrechnung: Essigsäuregehalt}}
== Messung der Konzentration ==
In Abhängigkeit vom zu untersuchenden Stoff sind u. a. die folgenden Messmethoden üblich:* Bestimmung von '''Salzgehalt einer Lösung''' (Salinität) durch Messen der phyikalischer Eigenschaften wie [[Dichte]] (mittels [[Aräometer]]), der [[Brechzahl]] ([[Refraktometer]]) oder der elektrischen [[Leitfähigkeit]]. Beispiel: Bestimmung der [[Salinität]] (Salzgehalt einer Lösung)* [[Fotometrie]], Bestimmung über die Farbintensität einer Lösung durch Messen der [[Extinktion]]* [[Gravimetrie]], hierbei wird der Anteil eines Stoffes in einer Probe nach [[Fällung|Fällen]] durch Wiegen ermittelt. Beispiel: Bestimmung des Kalkanteils in Katzenstreu* [[Titration]] zur Bestimmung der Konzentation der Wasserstoffionen in einer [[Säure]] (erhöhter Zeitaufwand aber vergleichsweise genau) oder durch Messen des [[pH-Wert]]es (schnell aber ungenau) oder == Übungen ===== Salzwasser ===Bei 20 °C lassen sich in 1 Liter Wasser (vereinfacht: ''m'' = 1 kg) max. 359 g NaCl lösen. Ein Liter dieser konzentrierten Salzlösung wiegt 1.201 g, d. h. die Dichte beträgt 1,201 g/mL. '''Berechne:''' a) Gesamtmasse der Mischung, b) Gesamtvolumen nach vollständiger Auflösung, c) max. Massenanteil ''w'' in %, d) Massenkonzentration, e) Stoffmengenkonzentration, f) Warum ist eine Berechnung der Volumen-Konzentration in diesem Fall nicht sinnvoll?: _____________________: ''[[Salz#Natriumchlorid|Lösungshinweis]]'' === Kupfersulfat ===7,3 g [[TitrationKupfersulfat |CuSO<sub>4</sub>{{*}}5 H<sub>2</sub>O]] werden in 138 g Wasser gelöst.Berechne ''w''(erhöhter Zeitaufwand aber vergleichsweise genauCuSO<sub>4</sub>)der Lösung in [g/g].: _____________________: ''[[Konzentration: Anworten|Lösung]]''
== Experimente =={{cbEx-ch|145|1-2|Konzentrationszellen}}{{Ex-ch|252|1|Konzentrationselemente}}{{Ex-ec|161|1|Löslichkeit von Salzen: Löslichkeit und Konzentration}}* [[Dichte]]* [[Fotometrie]]* [[Gravimetrie]]* [[Leitfähigkeitsmessung]]* [[Reaktionsgeschwindigkeit]]* [[Titration]]{{cb|105|143|485, 509}}
