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Stoffmengenkonzentration

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Chemie

In der Chemie geht es nicht nur darum, welche Verbindungen, Elemente und Ionen miteinander wechselwirken und reagieren, sondern auch wie viele Teilchen dieser Verbindungen, Elemente und Ionen vorliegen und an einem chemischen Vorgang teilnehmen.

Noch wichtiger und aussagekräftiger als die bloße Teilchenanzahl ist jedoch die sogenannte Stoffmengenkonzentration. Sie gibt an, wie viele Teilchen eines Moleküls/Ions/Elements pro Liter einer Lösung gezählt vorhanden sind. Die Stoffmengenkonzentration ist eine grundlegende Größe in der Chemie.

Definition Stoffmengenkonzentration

Die Stoffmengenkonzentration ist eine Größe, die Lösungen charakterisiert.

Sie gibt an, wie viele Teilchen (einer bestimmten Teilchensorte, etwa Natriumkationen oder Kohlenstoffdioxidmoleküle) pro Liter der entsprechenden Lösung vorliegen.

Die Stoffmengenkonzentration errechnet sich als Quotient von Stoffmenge n mit der Einheit ,,mol" und Volumen V in ,,L" (Liter) der Lösung:

Stoffmengenkonzentration Stoffmengenkonzentration Formel StudySmarter bzw. Stoffmengenkonzentration Stoffmenge StudySmarter; c wird also in angegeben

Wenn also die Stoffmengenkonzentration der Natriumkationen einer Lösung A höher ist als bei einer anderen Lösung B, bedeutet das, dass bei gleichem Volumen der Lösungen, in Lösung A mehr Natriumkationen vorliegen.

Erinnere dich daran, dass 1 mol entspricht.

Wichtig ist hier zu verstehen, dass die Stoffmengenkonzentration eine relative Größe ist und keine absolute wie die Stoffmenge.

Denn die Stoffmenge wird hier in Relation/im Verhältnis zum Volumen angegeben.

Das heißt, das bei sehr geringem Volumen von Lösung A und bei sehr hohem Volumen von Lösung B, es sein kann, dass Lösung B mehr Natriumkationen enthält, und das obwohl Lösung A eine höhere Stoffmengenkonzentration hat.

Wir betrachten zwei Wasserflaschen von unterschiedlichen Herstellern:

Hersteller A: Diese Wasserflaschen haben einen Inhalt von 0.5L und eine Natriumkationenkonzentration von 0.6mol/L.

Hersteller B: Diese Wasserflaschen haben einen Inhalt von 1L und eine Natriumkationenkonzentration von 0.4mol/L.

Wasserflaschen von Hersteller A haben also eine Natriumkationenstoffmenge von:

Stoffmengenkonzentration Stoffmenge Berechnung StudySmarter

Wasserflaschen von Hersteller B haben hingegen eine Natriumkationenstoffmenge von:

Stoffmengenkonzentration Stoffmenge Berechnung StudySmarter

Obwohl Flasche A eine höhere Stoffmengenkonzentration hat (0.6mol pro Liter), beinhaltet Flasche A insgesamt trotzdem weniger Natriumkationen (0.3mol) als Flasche B.

Das liegt daran, dass Flasche B eine größeres Volumen Wasser hat.

Hilfreich ist es auch, die Stoffmengenkonzentration mit Größen und Zusammenhängen zu vergleichen, die du aus dem Alltag kennst.

Zum Beispiel kennst du die Bevölkerungsdichte aus der Geographie, die die Einheit hat. Sie gibt also an wie viele Einwohner es pro Quadratkilometer Fläche eines Gebiets (z.B. eines Landes) gibt.

Die Einwohner sind im übertragenen Sinne die Teilchen, die sich aber nicht wie die Einwohner auf einer Landfläche verteilen, sondern sie verteilen sich in der Lösung.

Wenn man so will, wohnen die Teilchen in der Lösung.

Als weiteres Beispiel könntest du zwei Basketballer vergleichen, die jeweils 10 bzw. 20 Freiwürfe werfen. Dabei trifft der erste Basketballer 6 von 10 mal und der zweite Basketballer 10 von 20 mal.

Obwohl der erste Basketballer weniger Treffer landet, würde er im Verhältnis zu seinen Freiwürfen trotzdem eine höhere Trefferquote (=Stoffmengenkonzentration) haben, als der zweite Basketballer.

Damit ist er auch besser bei Freiwürfen (nämlich mit einer Trefferquote von 6/10=0.6 im Vergleich zur Trefferquote von 10/20=0.5).

Verdünnung und Konzentrierung von Lösungen

Mithilfe der Stoffmengenkonzentration bist du jetzt in der Lage zu verstehen, was mit dem Verdünnen und dem Konzentrieren einer Lösung gemeint ist.

Hierbei sei schon einmal gesagt, dass du bei Verdünnung einer Lösung die Stoffmengenkonzentration eines Teilchens erniedrigst, während du beim Konzentrieren einer Lösung diese erhöhst.

Das Verdünnen einer Lösung

Wenn du eine Lösung verdünnst, erhöhst du das Volumen der Lösung, ohne die Teilchenanzahl zu verändern.

Sagen wir du hast eine wässrige Lösung von 1L Volumen, in der 0,1 mol Natriumkationen gelöst sind.

Wenn du 1L reines Wasser hinzugibst (das also keine Natriumkationen enthält!), wird die Konzentration an Natriumkationen geringer, da du das Volumen bei gleich bleibender Stoffmenge auf 2L erhöht hast:

vorher: Stoffmengenkonzentration Konzentration Berechnung StudySmarter

nach Zugabe von 1L Wasser: Stoffmengenkonzentration Konzentration Berechnung Verdünnung StudySmarter

In Bezug auf die ,,Einwohnermetapher" gibst du quasi derselben Anzahl an Einwohnern nun (Natriumkationen) eine größere Fläche, um sich zu verteilen (Volumen Wasser).

Dadurch nimmt die Bevölkerungsdichte (Stoffmengenkonzentration) ab, weil sich der Abstand der Einwohner (Teilchen) zueinander erhöht.

Stoffmengenkonzentration Verdünnen einer Lösung StudySmarterAbbildung 1: schwarz = Volumen, blau = Teilchen, rot = Abstand

Erhöhst du das Volumen einer Lösung, so erniedrigst du die Konzentration aller Teilchensorten in der Lösung.

Das ist naheliegend, wenn du bedenkst, dass das Volumen im Nenner des Bruchs ist

(du teilst dieselbe Stoffmenge durch ein immer größer werdendes Volumen).

Die Teilchen können sich auf ein größeres Volumen verteilen und sich deshalb weniger dicht bei einander.

Das Konzentrieren einer Lösung

Wenn du eine Lösung konzentrierst, erhöhst du die Stoffmenge eines bestimmten Teilchens in der Lösung, ohne das Volumen zu verändern.

Du hast wieder dieselbe Lösung mit dem Volumen von 1L aus dem obigen Beispiel zur Verdünnung.

Wenn du jetzt 0,1 mol NaCl hinzugibst, das sich in der wässrigen Lösung zum einen zu Natriumkationen löst, erhöhst du die Stoffmenge der Natriumkationen bei gleich bleibendem Volumen zu 0,2 mol (die Lösung hat vor Zugabe von NaCl schon 0.1mol Natriumkationen gelöst vorliegen und du gibst weitere 0.1mol hinzu):

vorher: Stoffmengenkonzentration Konzentration Natrium StudySmarter

nach Zugabe von NaCl: Stoffmengenkonzentration Konzentration Natrium Verdünnung StudySmarter

Wieder in Bezug auf die ,,Einwohnermetapher" kann man quasi sagen, dass mehr Einwohner (Natriumkationen) in die Lösung ,,einziehen", bei gleich bleibender Fläche (Volumen).

Dadurch müssen sie enger bei einander ,,leben" (höhere Stoffmengenkonzentration/Teilchendichte) und der Abstand der Einwohner (Teilchen) zueinander nimmt ab.

Stoffmengenkonzentration Konzentrieren einer Lösung StudySmarterAbbildung 2: schwarz = Volumen, blau = Teilchen, rot = Abstand

Erhöhst du die Stoffmenge einer Teilchensorte, so erhöhst du auch ihre Konzentration.

Das ist naheliegend, wenn du bedenkst, dass die Stoffmenge im Zähler des Bruchs ist;

du verteilst immer mehr Teilchen auf dasselbe Volumen an Lösungsmittel, folglich nimmt die Teilchendichte (=Stoffmengenkonzentration) zu.

Die Teilchen sind dichter bei einander.

Dadurch dass du 0,1 mol NaCl hinzugibst, die in 0,1 mol Natriumkationen und 0,1 mol Chloridanionen dissoziieren (bzw. sich lösen), erhöhst du auch die Stoffmengenkonzentration der Chloridanionen auf 0,1 .

Denn vorher lagen keine Chloridionen in der Lösung vor.

Ferner kann man also in einer Lösung so viele Stoffmengenkonzentrationen unterscheiden, wie es Teilchensorten gibt, in unserem Fall nämlich zwei, Natriumkationen und Chloridanionen.

Mischen von Lösungen

Beim Verdünnen bzw. beim Konzentrieren von Lösungen hast du jeweils einzeln das Volumen bzw. die Stoffmenge verändert, bei Beibehaltung der jeweils anderen Größe.

Doch es gibt auch Fälle, in denen du Volumen und Stoffmenge gleichzeitig veränderst und es deshalb erst einmal uneindeutig ist, welche Stoffmengenkonzentration sich ergibt.

Das zu wissen, ist jedoch wichtig, wenn es darum geht, durch das Mischen zweier Lösungen eine Lösung mit Wunschkonzentration zu erhalten.

Deshalb folgt ein Beispiel, wie du die Konzentration einer Mischung berechnest.

Dabei ist es nicht viel schwieriger als im Fall des bloßen Verdünnens/Konzentrierens.

Du musst nur beachten, welches Gesamtvolumen und welche Gesamtstoffmenge (des betrachteten Teilchens) sich ergeben beim Mischen zweier Lösungen und durch Division von Gesamtstoffmenge und -Volumen die Stoffmengenkonzentration berechnen.

Wir betrachten zwei Lösungen, in denen jeweils Kaliumkationen gelöst sind:

Lösung A: Diese Lösung hat ein Volumen von 0.4L und eine Kaliumkationenkonzentration von .

Lösung B: Diese Lösung hat ein Volumen von 0.6L und eine Kaliumkationenkonzentration von .

Nun mischen wir beide Lösungen und wollen die Kaliumkationenkonzentration der Mischung berechnen.

Der Ansatz zur Berechnung der Konzentration dieser Mischung, ist immer derselbe:

Stoffmengenkonzentration Konzentration Berechnung Mischung StudySmarter

Um das Gesamtvolumen der Mischung zu berechnen, addiert man trivialerweise die einzelnen Volumina:

Stoffmengenkonzentration Volumen Berechnung StudySmarter

Um die Gesamtstoffmenge der Kaliumkationen zu erhalten, addiert man analog die einzelnen Stoffmengen.

Jedoch müssen diese vorher einzeln berechnet werden, indem man die Stoffmengenkonzentrationen der einzelnen Lösungen mit dem Volumen der einzelnen Lösungen multipliziert:

Stoffmengenkonzentration Berechnung Stoffmenge StudySmarter

Stoffmengenkonzentration Berechnung Stoffmenge StudySmarter

Stoffmengenkonzentration Stoffmenge Gesamtmenge StudySmarter

Jetzt musst du nur noch die Gesamtstoffmenge durch das Gesamtvolumen teilen:

Stoffmengenkonzentration Berechnung Konzentration StudySmarter

Oder wenn man die Konzentration durch eine einzige Gleichung berechnen will:

Stoffmengenkonzentration Allgemeine Formel Mischung StudySmarter

Sei dir bewusst, dass der Ausdruck die Stoffmenge der entsprechenden Lösung ergibt.

Wunschkonzentration der Mischung

Im Fall, dass du zwei Lösungen hast und eine Mischung mit bestimmter Konzentration haben willst, musst du berechnen, in welchem Verhältnis die Volumina der einzelnen, zu vermischenden Lösungen sein müssen.

Entweder machst du das, indem du die Wunschkonzentration für cgesamt und die Konzentrationen cA und cB in die obige Gleichung einsetzt und nach auflöst:

Stoffmengenkonzentration Volumenverhältnis StudySmarter

Lass dich nicht vom Minuszeichen irritieren.

Das Verhältnis der Volumina wird trotzdem immer positiv sein, weil cgesamt immer zwischen cA und cB liegen wird.

Also ist immer genau eine der beiden Differenzen in Zähler und Nenner negativ, die andere Differenz ist dann positiv.

Entsprechend ist der Bruch allein auch negativ und durch das Minuszeichen wieder positiv!

Oder du gehst nach einem einfach zu merkendem Schema vor, das sogenannte Mischungskreuz, das in einem anderen Artikel behandelt wird.

Stoffmengenkonzentration - Das Wichtigste

  • Die Stoffmengenkonzentration ist eine relative Größe: Sie setzt die Stoffmenge einer Teilchensorte ins Verhältnis zum Volumen der Lösung
  • Die Stoffmengenkonzentration ist eine Teilchendichte; Sie gibt an, wie viele Teilchen einer bestimmten Teilchensorte man pro Liter Lösung zählen kann
  • Die Stoffmengenkonzentration kann man verändern, indem man Stoffmengen und/oder Volumen verändert; erhöht man das Volumen sinkt sie, erhöht man die Stoffmenge steigt sie
  • Sei dir im Klaren, dass sich beim Mischen zweier Lösungen für die Mischung die Stoffmenge und das Volumen durch das addieren der einzelnen Stoffmengen und Volumina ermittelt wird; man tut praktisch mehr Teilchen und Volumen zu einer Lösung

Stoffmengenkonzentration

Ganz einfach gesagt, ist die Stoffmengenkonzentration eine Zahl, die angibt, wie viele Teilchen einer bestimmten Teilchensorte du pro Liter einer Lösung zählen kannst bzw. vorliegen.

Damit bezieht sich die Stoffmengenkonzentration immer auf Lösungen und ihre Zusammensetzung.

Du berechnest die Stoffmengenkonzentration, indem du eine Stoffmenge durch ein Volumen teilst.

Die Stoffmenge wird in mol angegeben und gibt an, wie viele Teilchen einer Teilchensorte (Ion, Molekül, Element) es sind.

1mol entspricht einer fest definierten Teilchenanzahl.

Da du die Stoffmenge durch das Volumen (einer Lösung) teilst, hat die Stoffmengenkonzentration die Einheit mol pro Liter.

Die Stoffmengenkonzentration ist abhängig von der Teilchenanzahl/Stoffmenge der betrachteten Teilchensorte und dem Volumen des Lösungsmittel, in dem die betrachtete Teilchensorte gelöst ist.

Der Zusammenhang ergibt sich sofort aus der Gleichung für die Stoffmengenkonzentration, die verrät, dass du eine Stoffmenge durch ein Volumen teilen musst.

Erhöhst du die Stoffmenge, nimmt die Stoffmengenkonzentration zu (denn die Stoffmenge ist im Zähler), erhöhst du das Volumen (einer Lösung) nimmt die Stoffmengenkonzentration ab (denn das Volumen ist im Nenner; du teilst durch ein immer größer werdendes Volumen).

Finales Stoffmengenkonzentration Quiz

Frage

Welche Beschreibung trifft auf die Stoffmengenkonzentration zu?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie gibt an, wie viele Teilchen es insgesamt gibt.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit der Stoffmengenkonzentration, wenn du mehr Lösungsmittel hinzugibst?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Stoffmengenkonzentration nimmt ab.

Denn das Volumen wird erhöht, wodurch sich die Teilchen der Lösung besser verteilen können.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit der Stoffmengenkonzentration, wenn du die Stoffmenge erhöhst?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Stoffmengenkonzentration nimmt zu.

Denn durch die Erhöhung der Stoffmenge bei gleich bleibendem Volumen können sich die Teilchen schlechter verteilen und der Abstand zueinander nimmt ab.

Frage anzeigen

Frage

Wie berechnest du die Stoffmengenkonzentration?

Antwort anzeigen

Antwort

​Du musst eine Stoffmenge in der Einheit mol durch ein Volumen (in der Einheit Liter) teilen.

Frage anzeigen

Frage

Du hast eine wässrige Lösung vorliegen, in der 0.2mol Magnesiumkationen und 0.15mol Chloridanionen vorliegen.

Wie sieht die jeweilige Teilchenanzahl/Stoffmengenkonzentration nach Hinzugabe von 1mol Magnesiumchlorid (MgCl2) aus?

Antwort anzeigen

Antwort

Es liegen dann 1.2mol Magnesiumkationen und 2.15mol Chloridanionen vor.

Frage anzeigen

Frage

Wenn man zu einer Lösung mit Calciumkationen sogenannte Oxalatanionen hinzufügt, fällt das Salz Calciumoxalat aus.

Was passiert mit der Stoffmengenkonzentration vom Calcium?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Stoffmengenkonzentration vom Calcium nimmt ab.

Frage anzeigen

Frage

Justus sagt: ,,Wenn ich die Stoffmenge einer Teilchensorte und das Volumen des Lösungsmittels erhöhe, erhöhe ich immer die Stoffmengenkonzentration."

Hat er Recht?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein.

Frage anzeigen

Frage

Wie verändert sich die Stoffmengenkonzentration einer Lösung, wenn du die Stoffmenge verdoppelst und das Volumen des Lösungsmittels vervierfachst?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Stoffmengenkonzentration wird insgesamt halbiert.


Frage anzeigen

Frage

Marie behauptet: ,,Eine Lösung von 1L Volumen mit 0.3mol Natriumkationen, 0.2mol Chloridanionen und 0.6mol Calciumkationen hat insgesamt eine Stoffmengenkonzentration von 1.1mol/L."

Was ist Maries Denkfehler?

Antwort anzeigen

Antwort

Marie fasst alle Ionensorten zu einer einzigen Ionensorte zusammen und berechnet dadurch die Stoffmengenkonzentration.

Dabei kann man verschiedene Ionensorten nicht zusammenzählen, genauso wenig wie man 1 Apfel und 2 Birnen zu 3 Äpfel zusammenzählt.


Marie muss die Stoffmengenkonzentration für jeweils eine Ionensorte separat berechnen, also einmal für die Kaliumkationen mit n = 0.3mol, einmal für die Chloridanionen mit n = 0.2mol und einmal für die Calciumkationen mit n = 0.6mol.

Aber das Volumen des Lösungsmittels ist für alle Ionensorten dieselbe, nämlich V = 1L, da sie sich dieselbe Lösung ,,teilen".

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit dem Teilchenabstand in einer Lösung, wenn du sie verdünnst?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Teilchenabstand nimmt zu, weil sich dieselbe Anzahl an Teilchen auf ein größeres Volumen verteilen können.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit dem Teilchenabstand in einer Lösung, wenn du sie konzentrierst?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Teilchenabstand nimmt ab, weil sich auf demselben Volumen mehr Teilchen verteilen müssen (es wird enger für die Teilchen).

Frage anzeigen

Frage

Was musst du berechnen, wenn du zwei Lösungen vermischen willst, um eine Mischung mit bestimmter Konzentration zu erhalten?

Antwort anzeigen

Antwort

Du musst das Verhältnis der Volumina der beiden Lösungen berechnen.


Dafür musst du nur die Konzentrationen beider Lösungen jeweils von der Wunschkonzentration abziehen und die Ergebnisse durcheinander teilen, wobei du das Minuszeichen ignorierst.

Frage anzeigen
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