Was sind Gemische?

Einteilung von Gemischen

1. Wenn man in einem Gemisch mit bloßem“ Auge keine Trennung der vorhandenen Bestandteile erkennen kann, ist das Gemisch homogen.“ Beispiele für solche Gemische sind Mineralwasser, Parfüms und duftende Flüssigkeiten oder Luft.
2. Wenn die Bestandteile eines Gemisches visuell unterscheidbar sind, spricht man von heterogenen Gemischen. Gemische dieser Art weisen auch nach längerem Schütteln oder Rühren deutlich unterschiedliche Schichten auf.

Beispiele für heterogene Gemische

Beim Erstgenannten kann es sich um Wasser mit Öl handeln. In diesem Fall handelt es sich um ein Gemisch aus zwei Flüssigkeiten, die sich auch beim Schütteln nicht vermischen. Es fällt nicht schwer, die Öltröpfchen zu beobachten, die auf der Wasseroberfläche schwimmen. Eine andere Art von heterogenem Gemisch ist pulverisierte Kreide in Wasser. Es handelt sich um einen in eine Flüssigkeit eingebrachten Feststoff, der sich nicht darin auflöst. Stattdessen entsteht durch die Vermischung eine Aufschlämmung, die sich nach einiger Zeit schichtet und die vorhandenen Kreidepartikel zu Boden sinken lässt.

Lösung

Hierbei handelt es sich um eine besondere Art von Gemisch, das aus mindestens zwei Komponenten besteht, von denen eine als Lösungsmittel und die anderen als darin gelöste Stoffe bezeichnet werden. Wenn zwei Flüssigkeiten oder zwei Gase gemischt werden, ist das Lösungsmittel, das auch als dispersive Phase bezeichnet wird, in der Regel der Stoff, der in der Lösung stärker vorhanden ist. Derjenige, der geringer vorhanden ist, stellt die darin aufgelöste Substanz dar. Gelöste Substanzen, von denen es mehrere in Lösung geben kann, werden auch als dispergierte Phase bezeichnet. In solchen Fällen spricht man von Mehrkomponentenlösungen.

Häufig verwendete Lösungen

Für den alltäglichen Gebrauch findet man häufig Lösungen verschiedener Stoffe in Wasser, eventuell in organischen Lösungsmitteln. In Haushalten zum Beispiel werden – zu unterschiedlichen Zwecken – verwendet:

• eine 10%ige Lösung von Essigsäure,
• zur Desinfektion von Wunden dient uns Wasserstoffperoxid, eine 3%ige Lösung von Wasserstoffperoxid.
• Eine andere Lösung – Milch – wird häufig dem Kaffee oder dem Frühstücksmüsli zugesetzt.

Beispiele für Lösungen in anderen Aggregatzuständen sind Luft, ein Gemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid besteht, und Bronze, eine Lösung in festem Aggregatuustand, der aus Kupfer und Zinn besteht. Die Menge der im Lösungsmittel gelösten Substanz bestimmt, unter welchen Typ sie fällt – ob sie konzentriert oder verdünnt ist.

Arten von Lösungen

Je nach den herangezogenen Parametern gibt es mehrere Unterteilungen für Lösungen. Die wichtigste davon ist die Unterteilung in:

1. Gesättigte Lösungen, d.h. eine Lösung, die durch Auflösen der größtmöglichen Menge eines Stoffes in einem Lösungsmittel gewonnen wird. Das bedeutet, dass unter den gegebenen Druck- und Temperaturbedingungen keine weitere Lösung der dispergierten Phase möglich ist.
2. Ungesättigte Lösungen, d.h. eine Lösung, in der 100 Gramm bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck noch größere Mengen des gelösten Stoffes auflösen können. Die Menge des vorhandenen Stoffes beeinflusst jedoch seine Konzentration.

Bei den Lösungen unterscheiden wir auch zwischen:

1. Eine verdünnte Lösung ist eine Lösung, in der die Menge des Lösungsmittels deutlich größer ist als die Menge des gelösten Stoffes. Dabei handelt es sich in der Regel um Lösungen mit einer Konzentration von einigen Prozent.
2. Eine konzentrierte Lösung ist eine Lösung, bei der die Stoffmenge der dispergierten Phase im Verhältnis zur dispergierenden Phase im zwweistelligen Prozentbereich liegt.
3. Eine übersättigte Lösung ist ein spezifisches System, in dem eine zusätzliche Menge eines Stoffes vorhanden ist, der unter den gegebenen Druck- und Temperaturbedingungen nicht gelöst werden kann. Diese Art von Lösung lässt sich leicht durch vorsichtiges Abkühlen der gesättigten Lösung herstellen. Solche Lösungen zeichnen sich durch eine hohe Instabilität aus – das System allein durch kräftigeres Schütteln oder durch Hinzufügen eines zusätzlichen Kristalls der Substanz gestört werden, was zur vollständigen Kristallisierung der überschüssigen Substanz und zum Übergang der Lösung in den gesättigten Zustand führt.

Um die Sättigung einer Lösung zu erhöhen, können mehrere Methoden angewandt werden: Erhöhung der Menge des gelösten Stoffes, Verdampfen eines Teils des Lösungsmittels und, im Falle von Feststoffen, Erhöhung der Sättigung auch durch Senkung der Temperatur.

Im umgekehrten Fall, d. h. Verringerung der Sättigung der Lösung, ist es am einfachsten, dem System mehr Lösungsmittel hinzuzufügen oder, im Falle von Feststoffen, die Temperatur der Lösung zu erhöhen. Temperaturmanöver sind bei Flüssig-Fest-Systemen wirksam, da sie sich direkt auf die Löslichkeit der Substanz in der dispergierenden Phase auswirken.

Löslichkeit

Die Grundvoraussetzung für die Bildung einer Lösung, d. h. eines optisch homogenen Gemisches, ist das Eintreten eines Prozesses, der als Auflösung bezeichnet wird. Es handelt sich um den Übergang von Molekülen eines Stoffes in eine  Lösung. Die Umkehrung dieses Prozesses ist die Bildung einer festen kristallinen Phase, d. h. die Kristallisierung des Stoffes.

Jede Substanz hat ihre eigene spezifische Auflösungsrate und -effizienz. So kann man z.B. sagen, dass eine Substanz sehr gut wasserlöslich ist, eine andere hingegen sehr viel schlechter.

Löslichkeit hingegen bedeutet die Anzahl eines Stoffes (in Gramm), die gelöst werden muss, um unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen mit 100 Gramm Lösungsmittel eine gesättigte Lösung zu bilden. Die Auflösungsgeschwindigkeit eines Stoffes hängt nicht nur von der Art des Lösungsmittels ab, sondern auch von;:

1. der Temperatur, denn je höher die Temperatur ist, desto größer ist die Energie der Teilchen, was wiederum dazu führt, dass sie immer häufiger zusammenstoßen;
2. dem mechanischen Mischen, was das Vermischung der Partikel erleichtert;
3. die Feinheit des gelösten Stoffes, denn je höher die Feinheit, desto leichter können die Lösungsmittelteilchen zwischen die gelösten Stoffe eindringen.

Das Wissen über die Konzepte der Löslichkeit oder den Sättigungsgrad von Lösungen ermöglicht es, einfache Berechnungen durchzuführen, die die tägliche Arbeit eines jeden Chemikers erleichtern. Die Löslichkeit vieler Stoffe lässt sich an den Löslichkeitskurven in Büchern ablesen, welche die Temperaturabhängigkeit der Grammzahl eines Stoffes zeigen.

Beispiele für chemische Aufgaben, bei denen der Begriff der Löslichkeit verwendet werden muss

Aufgabe 1.

Die Löslichkeit der Substanz X in Wasser bei einer bestimmten Temperatur beträgt
45 g. Berechnen Sie, wie viel Gramm Lösungsmittel in 600 g gesättigter Lösung enthalten sind.

Wir wissen, dass die Löslichkeit 45 g beträgt, was bedeutet, dass sich 45 g eines Stoffes in 100 g Wasser auflösen, wodurch eine gesättigte Lösung entsteht. Die Masse der Lösung ergibt sich aus der Masse des Stoffes und der Masse des vorhandenen Lösungsmittels, also:

_Lösung = 45 g + 100 g = 145 g

Mit diesem Wissen können wir das Verhältnis bestimmen:

145 g Lösung – 100 g Wasser

600 g Lösung – m g Wasser

Aufgabe 2.

Berechnen Sie, wie viel Gramm Ammoniumchlorid zusätzlich in 100 g Wasser gelöst werden müssen, wenn Sie die Lösung von 50 ^oCauf 80 ^oCerhitzen, damit die Lösung noch gesättigt bleibt.

Aus der Wasserlöslichkeitskurve von Ammoniumchlorid lässt sich folgendes ableiten:

1. Die Löslichkeit bei 50 ^oCbeträgt etwa 48 g.
2. Die Löslichkeit bei 80 ^oCbeträgt etwa 64 g.

Da sich das Konzept der Löslichkeit auf die Menge einer Substanz bezieht, die in 100 g Wasser gelöst ist, lässt sich leicht berechnen, dass eine zusätzliche Auflösung erforderlich ist, um eine gesättigte Lösung zu erhalten:

64 g – 48 g = 16 g _NH4Cl

Aufgabe 3.

Welche Lösung entsteht, wenn man eine Lösung aus 100 g Wasser und 50 g Ammoniumchlorid bei 60 ^oC herstellt?

Anhand der Löslichkeitskurve wissen wir, dass die Löslichkeit von Ammoniumchlorid bei ^60oCbeträgt: R = 55 g. Das bedeutet, dass sich bei Zugabe von 50 g Ammoniumchlorid zu 100 g Wasser bei dieser Temperatur weitere 5 g auflösen könnten. Die so hergestellte Lösung wäret also ungesättigt.