Konzentration
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Die Konzentration von Lösungen kann in unterschiedlicher Weise angegeben werden.
Inhaltsverzeichnis
Übliche Konzentrationsangaben
Stoffmengenkonzentration c
Die Stoffmengenkonzentration (veraltet: Molarität) c(X) einer Lösung ist das Verhältnis aus der gelösten Stoffmenge n(X) pro Volumen V der Lösung (nicht zu verwechseln mit dem Lösungsmittel).
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(1) |
Einheit der Stoffmengenkonzentration ist mol/L.
Beispiele:
- Die Konzentration von rauchender Salzsäure beträgt ca. 10 mol · L-1, kurz: c(HCl) = 10 mol · L-1 oder 10-molare Salzsäure. Es sind daher in genau einem Liter der Salzsäure 10 mol HCl enthalten, also 364,5 g.
- Die Konzentration von Natronlauge zur Herstellung von Laugengebäck ("Brezellauge") darf max. 1 mol · L-1, kurz: c(NaOH) = 1 mol · L-1. Es sind daher in genau einem Liter der Lauge 1 mol NaOH enthalten, also 40 g.
Statt Angabe der Konzentration eines Stoffes X als c(X) findet sich häufig die Schreibweise [X]:
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(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 Volumen V der Lösung, in dem Stoff gelöst ist (nicht zu verwechseln mit dem Volumen des Lösungsmittels vor dem Auflösen), kurz:
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(2) |
Die Angabe der Massenkonzentration z. B. bei Mineralwasser erfolgt in mg/L oder bei Spurengasen in μg/m³.
Massenanteil w, Massen- und Gewichtsprozent
Der Massenanteil w(X) steht für das Verhältnis der anteiligen Masse m(X) des Stoffes X zur Gesamtmasse mges des Stoffgemisches bzw. Lösung, kurz:
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(3) |
Durch Kürzen der Masseneinheit Gramm ergibt sich der Massenanteil als Zahl zwischen 0 und 1.
Durch Multiplizieren des Massenanteils mit 100 % erhält man die in der Praxis gebräuchliche Angabe Gewichtsprozent (Abk.: Gew.-%) bzw. Massenprozent.
Die Angabe w(X) = 1 % bedeutet, dass 1 g des Stoffes mit dem Lösemittel auf insgesamt 100 g aufgefüllt werden, Beispiel s. Salzsäure.
Volumen-Konzentration σ
Das Stoffvolumen V(X) wird zum Gesamtvolumen Vges des Lösemittels ins Verhältnis gesetzt. Die Angabe der Volumen-K. σ(X) = 1 Vol.-% bedeutet, dass 1 mL des Stoffes mit dem Lösemittel auf insgesamt 100 mL aufgefüllt werden, Beispiel s. Ethanol.
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(4) |
Bei sehr geringen Konzentrationen sind neben den oben erwähnten K.- Angaben noch weitere in Gebrauch, z. B. ppm o. ppb.
Umrechnungen
Massenkonzentration - Stoffmengenkonzentration
Die Angabe der Konzentration z. B. bei Trinkwasser erfolgt als Massenkonzentration 𝜷(X) in mg/L. Über die molare Masse M des gelösten Stoffes können Stoffmengenkonzentration c und Massenkonzentration 𝜷 umgerechnet werden:
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(5a) bzw. |
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(5b) |
Beispiele:
1) Gemäß Trinkwasserverordnung beträgt der Grenzwert der Konzentration von Chlorid 250 mg/L. Welcher Stoffmengenkonzentration entspricht dies?
Die max. Stoffmengenkonzentration von Chlorid gemäß Trinkwasserverordnung beträgt xx g/mol.
2) Die Stoffmengenkonzentration von Natronlauge aus dem dort genannten 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/L
Die Massenkonzentration einer 1-molaren Natronlauge beträgt 40 g/L.
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 Dichte (mittels Aräometer), der Brechzahl (Refraktometer) oder der elektrischen Leitfähigkeit
- Konzentation der Wasserstoffionen in einer Säure durch Messen des pH-Wertes (schnell aber ungenau) oder Titration (erhöhter Zeitaufwand aber vergleichsweise genau)
- Bestimmung über die Farbintensität einer Lösung durch Messen der Extinktion mittels Fotometrie
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