In der Chemie ist eine Lösung eine homogene Mischung aus zwei oder mehr Substanzen. Eine molare Lösung ist eine Art chemische Lösung, bei der die Konzentration in Mol gelöster Stoffe pro Liter Lösung angegeben wird. Dieses Konzept ist grundlegend für das Studium der Chemie, insbesondere bei der Durchführung von Laborexperimenten und chemischen Reaktionen.
Bevor wir uns näher mit molaren Lösungen befassen, müssen wir zunächst verstehen, was ein Mol ist. Ein Mol ist eine Maßeinheit, die in der Chemie verwendet wird, um Mengen einer chemischen Substanz auszudrücken. Ein Mol ist definiert als genau \(6.022 \times 10^{23}\) Einheiten (Atome, Moleküle, Ionen oder andere Partikel).
Der erste Schritt bei der Herstellung einer Mollösung besteht darin, die Molmasse des gelösten Stoffes zu berechnen. Die Molmasse ist die Masse eines Mols einer Substanz und wird in Gramm pro Mol (g/mol) ausgedrückt. Sie kann durch die Addition der Atommassen aller Atome in einem Molekül berechnet werden.
Beispielsweise wird die Molmasse von Wasser (H2O) berechnet, indem die Atommassen von zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom addiert werden. Dies entspricht \(2 \times 1.008\) g/mol für Wasserstoff plus \(16.00\) g/mol für Sauerstoff, was eine Gesamtmolmasse von \(18.016\) g/mol ergibt.
Sobald die Molmasse bestimmt ist, besteht der nächste Schritt darin, eine Mollösung herzustellen. Um eine 1 M (ein Molar) Lösung einer Substanz herzustellen, löst man die Molmasse der Substanz in ausreichend Lösungsmittel auf, um einen Liter Lösung herzustellen.
Um beispielsweise eine 1 M Natriumchloridlösung (NaCl) mit einer Molmasse von \(58.44\) g/mol herzustellen, müssten \(58.44\) Gramm NaCl in ausreichend Wasser gelöst werden, um ein Endvolumen von einem Liter zu erhalten.
Die Konzentration einer Lösung wird häufig in Mol pro Liter (M) ausgedrückt. Die Formel zur Berechnung der Molarität (M) einer Lösung lautet:
\(M = \frac{\textrm{Mol gelöster Stoffe}}{\textrm{Liter Lösung}}\)Wenn beispielsweise \(0.5\) Mol Glucose (ein Zucker) in \(2\) Litern Wasser gelöst würden, wäre die Konzentration der Glucoselösung:
\(M = \frac{0.5}{2} = 0.25\; M\)Dies bedeutet, dass die Glucoselösung eine Konzentration von \(0.25\) Mol pro Liter oder \(0.25\) M hat.
Unter Verdünnung versteht man den Prozess der Konzentrationsreduzierung eines gelösten Stoffes in einer Lösung, normalerweise durch Zugabe von mehr Lösungsmittel. Das Verhältnis zwischen Anfangs- und Endkonzentrationen und -volumina kann wie folgt ausgedrückt werden:
\(C_1V_1 = C_2V_2\)wobei \(C_1\) und \(C_2\) die Anfangs- bzw. Endkonzentrationen und \(V_1\) und \(V_2\) die Anfangs- bzw. Endvolumina sind. Diese Formel ist nützlich, um die Lösungsmittelmenge zu berechnen, die zum Erreichen einer gewünschten Konzentration erforderlich ist.
Um beispielsweise eine \(2\) M Salzsäurelösung durch Verdoppelung ihres Volumens auf \(1\) M zu verdünnen, verwenden Sie die Formel \(C_1V_1 = C_2V_2\) . Angenommen, \(V_1\) ist \(1\) Liter, dann ordnen Sie die Formel um, um \(V_2\) zu ermitteln \(V_2 = \frac{C_1V_1}{C_2}\) . Wenn Sie die Werte einsetzen, erhalten Sie: \(V_2 = \frac{2 \times 1}{1} = 2\; \textrm{Liter}\)
Dies bedeutet, dass Sie zu dem \(1\) \) Liter \(2\) M Salzsäurelösung zusätzlich \(1\) (1\) Liter Lösungsmittel hinzufügen müssen, um eine Endkonzentration von \(1\) M zu erreichen.
Stellen Sie sich vor, Sie führen ein Experiment durch, für das eine \(0.1\) Schwefelsäurelösung (H₂SO₄) erforderlich ist, und Sie müssen \(500\) ml dieser Lösung herstellen. Berechnen Sie zunächst die Molmasse der Schwefelsäure, die \(2 \times 1.008 + 32.07 + 4 \times 16.00 = 98.08\) g/mol beträgt. So ermitteln Sie die für eine \(0.1\) M Lösung erforderliche Menge an H₂SO₄:
\(M = \frac{\textrm{Mol gelöster Stoffe}}{\textrm{Liter Lösung}} \implies \textrm{Mol gelöster Stoffe} = M \times \textrm{Liter Lösung}\)Da das Volumen in Litern angegeben werden muss, rechnet man \(500\) ml in \(0.5\) Liter um. Dann
\(\textrm{Mol gelöster Stoffe} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\; \textrm{Maulwürfe}\)Um die erforderliche Masse an H₂SO₄ zu ermitteln, multiplizieren Sie die Molzahl mit der Molmasse:
\(\textrm{Masse} = \textrm{Maulwürfe} \times \textrm{Molmasse} = 0.05 \times 98.08 = 4.904\; \textrm{Gramm}\)Lösen Sie \(4.904\) Schwefelsäure in ausreichend Wasser auf, um eine \(500\) ml-Lösung zu erhalten. Dieser Vorgang veranschaulicht, wie Molarität, Volumen und Molmasse in praktischen Laborumgebungen verwendet werden, um bestimmte Lösungen vorzubereiten, die für Experimente erforderlich sind.
Molare Lösungen sind in der Chemie aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Molarität ein grundlegendes Konzept in der Chemie ist, bei dem es um die Berechnung der Konzentration von Lösungen geht. Wenn Chemiker verstehen, wie man molare Lösungen berechnet und vorbereitet, können sie die Bedingungen ihrer Experimente mit großer Präzision steuern, was zu bedeutsamen wissenschaftlichen Entdeckungen und Fortschritten führt.
