Stoffmengenkonzentration

Teile die gelöste Stoffmenge durch das Volumen der Lösung: $c =\frac{ n}{V}$, mit n in Mol und V in Litern. Ist statt der Stoffmenge die Einwaage gegeben, rechnest du zuerst mit $n =\frac{ m}{M}$ um. Beispiel: 5,85 g Kochsalz $(M =\frac{ 58{,}44 g}{mol})$ werden in Wasser gelöst und auf 500 mL aufgefüllt. Dann ist $n =\frac{ 5{,}85}{58{,}44} = 0{,}100 mol$ und $c =\frac{ 0{,}100}{0{,}500} =\frac{ 0{,}200 mol}{L}$. Zwei Stolpersteine: Das Volumen muss in Litern stehen, also $500 mL = 0{,}500 L$, und es zählt das Volumen der fertigen Lösung, nicht die Menge des zugegebenen Wassers. Deshalb wird im Messkolben bis zur Eichmarke aufgefüllt.

Eine 1-molare Lösung enthält genau ein Mol des gelösten Stoffes pro Liter Lösung, also $c =\frac{ 1 mol}{L}$. Die Sprechweise „molar" (abgekürzt M) ist im Laboralltag üblich: Eine 0,1-molare Salzsäure hat c(HCl) = 0,1 mol/L. Wichtig ist der Bezug auf das Lösungsvolumen: Für eine 1-molare NaCl-Lösung wiegst du 58,44 g NaCl ab, löst sie in etwas Wasser und füllst dann auf exakt einen Liter auf. Du gibst nicht einen Liter Wasser zu, denn der gelöste Stoff verändert das Volumen. Vorsicht auch beim Begriff Molalität: Sie bezieht sich mit $\frac{mol}{kg}$ auf die Masse des Lösungsmittels und ist eine andere Größe.

Beim Verdünnen bleibt die gelöste Stoffmenge gleich, nur das Volumen wächst. Aus $n = c\cdot{}V$ folgt deshalb $c_{1}\cdot{}V_{1} = c_{2}\cdot{}V_{2}$. Beispiel: Du brauchst 250 mL Salzsäure mit $c =\frac{ 0{,}1 mol}{L}$ und hast eine Stammlösung mit $c =\frac{ 1{,}0 mol}{L}$. Dann ist $V_{1} =\frac{ c_{2}\cdot{}V_{2}}{c_{1}} =\frac{ 0{,}1\cdot{}0{,}250}{1{,}0} = 0{,}025 L$. Du pipettierst also 25 mL Stammlösung in einen 250-mL-Messkolben und füllst mit Wasser bis zur Marke auf. Die Formel gilt für reines Verdünnen ohne Reaktion. Praxisregel für Säuren: immer die Säure ins Wasser geben, nie umgekehrt, wegen der Verdünnungswärme.

Die Stoffmengenkonzentration $c =\frac{ n}{V}$ zählt Mol pro Liter, die Massenkonzentration $\beta{} =\frac{ m}{V}$ zählt Gramm pro Liter. Beide beziehen sich auf das Lösungsvolumen, unterscheiden sich aber um die molare Masse: $\beta{} = c\cdot{}M$. Eine Kochsalzlösung mit $c =\frac{ 0{,}15 mol}{L}$ hat also $\beta{} = 0{,}15\cdot{}58{,}44 \approx{}\frac{ 8{,}8 g}{L}$; das entspricht ungefähr physiologischer Kochsalzlösung $(\frac{9 g}{L})$. Für chemische Rechnungen ist c die nützlichere Größe, weil Reaktionen in Stoffmengenverhältnissen ablaufen; auf Verpackungen und in der Medizin begegnet dir dagegen oft β. Prüfe in Aufgaben deshalb genau, welche Konzentration gemeint ist, und rechne bei Bedarf über M um.

Bei der Titration bestimmst du eine unbekannte Konzentration über den Verbrauch einer Maßlösung bekannter Konzentration. Am Äquivalenzpunkt gilt für eine 1:1-Reaktion wie HCl + NaOH: n(Säure) = n(Base), also $c_{1}\cdot{}V_{1} = c_{2}\cdot{}V_{2}$. Beispiel: 20,0 mL Salzsäure unbekannter Konzentration verbrauchen 12,5 mL Natronlauge mit $c =\frac{ 0{,}1 mol}{L}$. Dann ist n(NaOH) = 0,1·0,0125 = 1,25×10⁻³ mol = n(HCl), und c(HCl) = 1,25×10⁻³/0,0200 = 0,0625 mol/L. Bei anderen Stöchiometrien, etwa Schwefelsäure mit zwei Protonen, musst du das Stoffmengenverhältnis aus der Reaktionsgleichung einbauen: n(NaOH) = 2·n(H₂SO₄). Genau hier passieren die meisten Klausurfehler.