Was ist eine Lösungskonzentration?
Eine Lösung ist ein homogenes Gemisch: Der gelöste Stoff (Salz) ist Molekül für Molekül im Lösungsmittel (Wasser) verteilt. Die Konzentration beantwortet dann die einzige Frage, die chemisch zählt — wie dicht gedrängt ist es? — denn Reaktionen finden Teilchen für Teilchen statt, und eine dichte Lösung reagiert in anderem Tempo als eine verdünnte. Jede Konzentrationseinheit ist letztlich nur ein Bruch: etwas pro etwas. Liest man die beiden „etwas“ sorgfältig, überrascht keine Einheit mehr.
Die eine Regel, die man sich merken sollte: Prüfen Sie den Zähler und den Nenner. Mol pro Liter Lösung (M) und Mol pro Kilogramm Lösungsmittel (m) unterscheiden sich mehr als nur im Buchstaben — die Nenner messen Unterschiedliches.
Molarität, Molalität, Normalität: drei Nenner
Molarität (M) ist die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Liter Lösung — das Arbeitspferd im Labor, weil Pipetten und Messkolben das Volumen messen. Ihre Schwäche: Das Volumen dehnt sich mit der Temperatur aus, daher ist 1,0000 M bei 20 °C nicht 1,0000 M bei 40 °C. Molalität (m) teilt durch Kilogramm Lösungsmittel, was Wärme nicht verändert — weshalb kolligative Untersuchungen (Gefrierpunktserniedrigung, Siedepunktserhöhung) sie verlangen. Normalität (N) zählt Äquivalente pro Liter statt Mol: Ein Mol H2SO4 liefert zwei Säureäquivalente, daher sind 0,5 M H2SO4 genau 1 N — das Eingabefeld Äquivalente des Panels (H2SO4 = 2, HCl = 1, H3PO4 = 3) ist genau diese Umrechnung. Um 1 L 0,1 M NaCl herzustellen: 5,844 g abwiegen, in weniger als einem Liter lösen und dann in einem Messkolben auf exakt 1,000 L auffüllen — das Endvolumen zählt, nicht das zugegebene Wasser.
Verdünnung: Die Stoffmenge, mit der Sie beginnen, behalten Sie
Verdünnen fügt Lösungsmittel hinzu, nie gelösten Stoff, daher bleibt die Stoffmenge erhalten: C1V1 = C2V2 ist nichts anderes als „Stoffmenge vorher = Stoffmenge nachher“, wobei das Volumen herausgerechnet wurde. Das Beispiel des Verdünnungspanels: 10 M Stammlösung, 50 mL entnommen, auf 250 mL verdünnt — die fünffache Volumenvergrößerung senkt die Konzentration genau auf ein Fünftel, C2 = 2,0000 M bei einem Verdünnungsfaktor von 5,0. Dieselbe Buchführung rückwärts gelesen sagt Ihnen, wie viel Stammlösung Sie für eine Zielkonzentration abmessen müssen — das tägliche Brot der Pufferherstellung.
Prozent und ppm: Konzentration für den Alltag
Prozentlösungen sind Verhältnisse pro Hundert in drei Varianten, die man nie verwechseln darf: m/V (Gramm Feststoff pro 100 mL Lösung — der Standard in Biologielaboren), V/V (mL pro 100 mL, für Flüssigkeit in Flüssigkeit wie Ethanol) und m/m (Gramm pro 100 g, unabhängig von der Volumenkontraktion). Das Beispiel des Prozentpanels: 5 g auf 100 mL gelöst ergibt 5 % (m/V) = 50 g/L. Bei sehr verdünnten wässrigen Lösungen übernimmt ppm — für Wasser definiert als mg/L, weil ein Liter verdünnter Lösung praktisch ein Kilogramm wiegt. Das ppm-Panel rechnet ein Beispiel überall um: 1 ppm = 1000 ppb = 106 ppt = 0,0001 % = 1 mg/L.
Die Brücke der molaren Masse
Konzentrationen werden in Mol angegeben, Flaschen und Waagen sprechen aber Gramm, und die Übersetzung zwischen beiden ist die molare Masse. NaCl wiegt 58,440 g/mol (das Panel berechnet es aus denselben Atommassen wie die Seite Molare Masse), daher ergibt das Lösen von 58,440 g und Auffüllen auf exakt 1 L eine Konzentration von 1,0000 M — das ist das ganze Rezept für eine Standardlösung. Das Molaritätspanel akzeptiert entweder eine Formel (Masse über den integrierten Parser berechnet) oder eine reine Masse und gibt Stoffmenge, Molarität, Normalität oder ppm nebeneinander aus.
Häufige Missverständnisse
- M und m sind dieselbe Einheit. Liter Lösung gegen Kilogramm Lösungsmittel: Bei verdünntem Wasser bei Raumtemperatur fallen sie nahezu zusammen, deshalb kennzeichnet das Panel seine Molalität ausdrücklich als Näherung.
- ppm bedeutet überall dasselbe. mg/L ist eine wasserspezifische Abkürzung. In Gasgemischen und Feststoffen ist ppm streng genommen ein Masse-zu-Masse- (oder Stoffmengen-zu-Stoffmengen-) Verhältnis.
- Verdünnen verändert die Stoffmenge des gelösten Stoffes. Nur die Konzentration. Die 50 mL der 10-M-Stammlösung und die 250 mL der 2-M-Lösung im Beispiel enthalten dieselben 0,50 mol.
- Volumina addieren sich. 50 mL Ethanol + 50 mL Wasser ergeben etwa 97 mL — Mischen schrumpft. Deshalb geben Volumenprozente „auf Volumen auffüllen“ an und nicht „zugeben“.
Verwandte Werkzeuge: Molare Masse (der Umrechner Gramm↔Mol), Gleichungsausgleich (Stöchiometrie mit diesen Stoffmengen) und Säure-Base (wo aus Konzentrationen ein pH-Wert wird).
