Konzentrationsangaben bei Lösungen und Mischungen

Autor: Hans Lohninger

Gramm pro Liter, g/L: Dieses Konzentrationsmaß wird bei Lösungen und flüssigen Gemischen angewendet; die Masse der zu lösenden Substanz wird in Gramm angegeben, das Volumen der Lösung in Liter. Vorsicht ist angesagt, wenn die Herstellung der Lösung mit einer Volumsänderung einhergeht (siehe nachfolgendes Beispiel). Mischt man z.B. 100 ml Ethanol und 100 ml Wasser so hat die Mischung nicht 200 ml sondern nur 193.4 ml, da die Ethanolmoleküle sich so gut zwischen die Wassermoleküle einpassen, dass die Lösung insgesamt weniger Volumen benötigt.

Beispiel:

Mischt man z.B. 40 g Ethanol bei 20°C (das sind 50.6 ml) mit 100 ml Wasser, so würde man die Konzentration des Ethanols in der Lösung mit 40/(0.0506+0.100) = 40/0.1506 = 265.6 g Ethanol pro Liter Lösung erwarten. Da die Ethanollösung aber ein kleineres Volumen (146.7 ml) hat als die Summe der Komponenten (150.6 ml) muss die Konzentration korrekterweise mit 40/0.1467 = 272.7 g Ethanol/Liter Lösung angegeben werden.

Gewichtsprozent, Gew-%, % w/w: Angabe hauptsächlich bei festen Gemischen und Legierungen; Gewichtsprozent eines Mischungsbestandteils m beziehen sich immer auf die Gesamtmasse M: Gew-% = 100 * m / M

Beispiel:

7.2 Gew-% Mangan in einer Legierung bedeutet, dass 1000 kg dieser Legierung 72 kg Mangan enthalten.

ppm, ppb, ppt

Abkürzungen für "parts per million", "parts per billion", "parts per trillion". Diese Konzentrationsangaben sind ähnlich wie Gewichtsprozent bzw. Volumenprozent (die man als "parts per hundred" interpretieren könnte). Man bezieht n Gramm der Substanz auf 10⁶ (ppm), 10⁹ (ppb), oder 10¹² (ppt) Gramm der Lösung oder des Gemisches.⁽¹⁾ Bezieht man ppX auf das Volumen, so wird das mit einem vorangestellten "Vol-" bezeichnet.

Beispiel:

220 ppb Blei im Boden bedeutet, dass in einer Tonne Boden (1 t = 1000 kg = 106 g = 109 mg) 220 mg Blei enthalten sind.

Volumenprozent, Vol-%, % v/v: Konzentrationsangabe bei flüssigen Mischungen, die den volumenmäßigen Anteil einer Substanz bezogen auf das Gesamtvolumen angibt. Achtung: Manche Flüssigkeiten (z.B. Wasser und Ethanol) ändern beim Mischen ihr Volumen, so dass das Volumen einer Mischung nicht der Summe der Volumina der Anteile entspricht.

Beispiel:

Mischt man 40 ml Ethanol und 100 ml Wasser, so bekommt man in erster Näherung eine Mischung mit 28.6 Vol-% Alkohol (40/(40+100) = 0.286). Allerdings ist das Volumen dieses Gemisches nicht 140 ml, sondern nur ca. 136.5 ml, so dass die Mischung 29.3 Vol-% Alkohol enthält.

Molarität, [A], c_A, mol/L: Unter Molarität versteht man die Substanzmenge in mol bezogen auf einen Liter Lösung. Da die Molarität sehr häufig benötigt wird, benützt man oft auch die Kurzschreibweise [], wobei zwischen den eckigen Klammern die Stoffbezeichnung steht. [Cu²⁺] z.B. bezeichnet also die molare Konzentration zweiwertiger Kupferionen.

Beispiel:

Stellt man 100 ml einer wässrigen Lösung her, die 10 g Natriumhydroxid enthält (indem man das Natriumhydroxid zuerst in einer geringeren Menge Wasser auflöst und dann die Lösung in einem Messkolben mit Wasser auf 100 ml auffüllt), so erhält man eine 2.5-molare Natronlauge (=Natriumhydroxidlösung). NaOH hat das Molekulargewicht 39.997 g/mol, d.h. 10 g NaOH sind 0.25 mol. Somit ist die Lösung 0.25/0.1 = 2.5-molar (weist also 2.5 mol NaOH pro Liter Lösung auf).

Beispiel:

Löst man 10 g Natriumhydroxid in 100 ml (=100 g) Wasser, so erhält man 110 g (etwas mehr als 100 ml) Natronlauge, die 2.5 molal ist. Würde man, wie im Beispiel oben bei der Molarität, den Messkolben auf 100 ml auffüllen, so würde die Molalität größer als 2.5 molal sein, da ja dann die Menge des Lösungsmittels weniger als 100 g wäre.

Normalität: Das Konzept der Normalität ist veraltet und bezieht sich auf die Äquivalentmenge einer Substanz. Die Normalität errechnet sich aus der Molarität geteilt durch die Wertigkeit der betrachteten Substanz für eine bestimmte Reaktion (d.h. die Normalität ändert sich je nach beteiligter Reaktion).

Molenbruch: Unter dem Molenbruch versteht man das Verhältnis der Molzahl der gelösten Substanz zur Gesamtmolzahl aller Komponenten einer Lösung oder Mischung. Multipliziert man den Molenbruch mit 100, so bekommt man Molprozent. Die Summe der Molenbrüche aller Komponenten muss 1.0 ergeben.

Beispiel:

Löst man 20 g Natriumhydroxid (= 0.5 mol) in 81 g Wasser (= 4.5 mol), so ist der Molenbruch für Natriumhydroxid xNaOH = 0.1, der für Wasser 0.9, d.h. die Lösung weist 10 Molprozent Natriumhydroxid auf.

(1)	Oft wird die deutsche und die englisches Bedeutung der Bezeichnungen "billion" und "trillion" verwechselt. Da sich die Abkürzungen ppb und ppt aus dem Englischen ableiten, ist mit "billion" also 109 (dt. 1 Milliarde) und mit "trillion" 1012 (dt. 1 Billion) gemeint.
(2)	Die Molalität ist die einzige Konzentrationsangabe die sich auf das Lösungsmittel bezieht, alle anderen Maße beziehen sich immer auf die Lösung.