Gelöster Stoff, Lösungsmittel und Lösung
Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch: Sie ist überall gleich. Sie hat zwei Teile:
- Gelöster Stoff: der Stoff, der sich löst (meist die kleinere Menge), z. B. Zucker.
- Lösungsmittel: der Stoff, in dem er sich löst (meist die größere Menge), z. B. Wasser.
Ist Wasser das Lösungsmittel, nennt man das eine wässrige Lösung. Wasser löst so viele Stoffe, dass man es das universelle Lösungsmittel nennt. Andere Lösungsmittel sind Alkohol und Aceton (Nagellackentferner).
Gelöster Stoff und Lösungsmittel können fest, flüssig oder gasförmig sein: Salz in Wasser (fest in flüssig), Sauerstoff in Wasser (Gas in Flüssigkeit), Legierungen wie Messing (fest in fest), Luft (Gas in Gas).
Was beim Lösen passiert
Wasserteilchen ziehen an den Teilchen des gelösten Stoffs und reißen sie auseinander. Der Stoff verteilt sich als einzelne Moleküle oder Ionen, viel zu klein, um sie zu sehen.
Eigenschaften einer echten Lösung
- Klar und durchsichtig (sie kann gefärbt sein, wie Kupfersulfat).
- Die Teilchen setzen sich beim Stehen nicht ab.
- Sie geht unverändert durch Filterpapier.
- Teilchengröße unter etwa 1 nm.
Eine Suspension (Sand in Wasser) hat große Teilchen, die sich absetzen. Ein Kolloid (Milch) hat mittelgroße Teilchen, die sich nicht absetzen, aber Licht streuen.
Lösen ist nicht dasselbe wie Schmelzen: Zucker löst sich bei Zimmertemperatur in Wasser, er schmilzt nicht.
Konzentration
Konzentration = Menge des gelösten Stoffs in einer bestimmten Menge Lösung. Eine verdünnte Lösung hat wenig gelösten Stoff, eine konzentrierte viel.
- Massenprozent = Masse des gelösten Stoffs ÷ Masse der Lösung × 100
- Masse der Lösung = Masse des gelösten Stoffs + Masse des Lösungsmittels
- Masse pro Volumen = Masse des gelösten Stoffs (g) ÷ Volumen der Lösung (L), in g/L
Mehr Lösungsmittel (Verdünnen) senkt die Konzentration, aber die Menge des gelösten Stoffs bleibt gleich.
Löslichkeit, Sättigung und Temperatur
Die Löslichkeit ist die größte Masse eines Stoffs, die sich bei einer bestimmten Temperatur in 100 g Lösungsmittel löst.
- Ungesättigt: Es kann sich noch mehr Stoff lösen.
- Gesättigt: Bei dieser Temperatur löst sich nichts mehr; zusätzlicher Feststoff bleibt am Boden.
- Übersättigt: Die Lösung hält nach vorsichtigem Abkühlen mehr, als normal möglich ist; ein winziger Kristall lässt den Überschuss ausfallen.
Eine Löslichkeitskurve zeigt die Löslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei den meisten Feststoffen steigt sie mit der Temperatur. Bei Gasen sinkt sie: Warme Sprudelgetränke werden schneller schal, und warmes Wasser enthält weniger Sauerstoff für Fische.
Rühren und kleinere Körner lassen einen Feststoff schneller lösen, ändern aber nicht, wie viel sich lösen kann. Die Energieänderung beim Lösen kann dazu führen, dass sich die Lösung erwärmt oder abkühlt.
'Gleiches löst sich in Gleichem': Wasser löst Salze und Zucker; Öl mischt sich nicht mit Wasser, löst sich aber in Benzin.
Eine Lösung trennen
Filtrieren funktioniert bei einer Lösung nicht, weil die Teilchen zu klein sind.
- Eindampfen: Erhitzen, bis das Lösungsmittel verschwunden ist; der Feststoff bleibt zurück.
- Kristallisieren: Erhitzen, bis die Lösung gesättigt ist, dann langsam abkühlen; es bilden sich reine Kristalle (genutzt für Kupfersulfat, Zucker).
- Destillieren: Kochen, dann den Dampf abkühlen und das reine Lösungsmittel auffangen (genutzt für Trinkwasser aus Meerwasser).
- Chromatografie: trennt gelöste Farbstoffe, zum Beispiel in Tinte.
Wichtige Formeln und Definitionen
- Lösung = gelöster Stoff + Lösungsmittel
- Massenprozent = (Masse des gelösten Stoffs ÷ Masse der Lösung) × 100
- Masse der Lösung = Masse des gelösten Stoffs + Masse des Lösungsmittels
- Konzentration (g/L) = Masse des gelösten Stoffs ÷ Volumen der Lösung in L
- Löslichkeit = größte Masse gelösten Stoffs pro 100 g Lösungsmittel bei einer bestimmten Temperatur
Gelöste Beispiele
1. 15 g Zucker werden in 135 g Wasser gelöst. Berechne die Massenprozent.
Masse der Lösung = 15 + 135 = 150 g. Massenprozent = 15 ÷ 150 × 100 = 10 %.
2. Wie viel Salz steckt in 250 g einer 4-prozentigen Salzlösung?
Salz = 4 % von 250 = 0.04 × 250 = 10 g. Wasser = 240 g.
3. 12 g Natriumhydroxid werden zu 500 mL Lösung gelöst. Berechne die Konzentration in g/L.
500 mL = 0.5 L. Konzentration = 12 ÷ 0.5 = 24 g/L.
4. Die Löslichkeit eines Salzes bei 20 °C beträgt 36 g pro 100 g Wasser. Wie viel löst sich in 50 g Wasser?
Halb so viel Wasser, also halb so viel Salz: 18 g.
5. Eine gesättigte Lösung bei 60 °C enthält 110 g Feststoff in 100 g Wasser. Sie wird auf 20 °C abgekühlt, wo die Löslichkeit 32 g beträgt. Wie viel Feststoff kristallisiert aus?
110 − 32 = 78 g fallen als Kristalle aus.
6. Warum kann man Salz aus Salzwasser nicht durch Filtrieren zurückgewinnen?
Das gelöste Salz liegt als winzige Ionen vor, die zusammen mit dem Wasser durch die Poren des Filterpapiers gehen. Man muss das Wasser verdampfen.
Häufige Fehler
- Bei Massenprozent durch die Masse des Lösungsmittels statt durch die Masse der Lösung teilen.
- Sagen, Zucker 'schmilzt' im Tee; er löst sich.
- Glauben, Rühren erhöhe die Löslichkeit; es beschleunigt nur das Lösen.
- Annehmen, Gase lösten sich in heißem Wasser besser; sie lösen sich schlechter.