Chemische Lösungen: Typen, Herstellung und Beispiele

Chemische Lösungen sind sogenannte homogene Gemische in der Chemie. Es handelt sich um stabile Gemische aus zwei oder mehr Substanzen, in denen sich eine Substanz (als gelöster Stoff bezeichnet) in einer anderen Substanz (als Lösungsmittel bezeichnet) auflöst. Die Lösungen nehmen die Phase des Lösungsmittels im Gemisch ein und können in festen, flüssigen und gasförmigen Phasen vorliegen.

In der Natur gibt es zwei Arten von Gemischen: heterogene Gemische und homogene Gemische. Heterogene Gemische sind solche, bei denen die Zusammensetzung nicht einheitlich ist und die Anteile ihrer Komponenten durch Proben variieren.

Im Gegensatz dazu sind homogene Gemische (chemische Lösungen) Gemische von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Gasen - zusätzlich zu möglichen Verbindungen zwischen Komponenten, die sich in verschiedenen Phasen befinden - deren Komponenten durch ihren Gehalt in gleiche Anteile aufgeteilt sind.

Mischsysteme neigen dazu, Homogenität zu suchen, beispielsweise wenn ein Farbstoff zu Wasser gegeben wird. Diese Mischung beginnt heterogen zu sein, aber mit der Zeit diffundiert die erste Verbindung durch die Flüssigkeit, wodurch dieses System zu einer homogenen Mischung wird.

Die Lösungen und ihre Komponenten werden in alltäglichen Situationen und in Konzentrationen beobachtet, die von der Industrie bis zum Labor variieren. Sie sind aufgrund ihrer Eigenschaften und der zwischen ihnen auftretenden Kräfte und Anziehungskräfte Untersuchungsgegenstände.

Typen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Lösungen aufgrund ihrer vielfältigen Merkmale und ihrer möglichen physikalischen Zustände zu klassifizieren. Deshalb sollten Sie wissen, worauf die Unterschiede zwischen den Arten von Lösungen beruhen, bevor Sie sie in Kategorien unterteilen.

Eine Möglichkeit zur Trennung der Lösungstypen ist der Konzentrationsgrad, der als Sättigung der Lösung bezeichnet wird.

Die Lösungen haben eine Qualität, die als Löslichkeit bezeichnet wird. Dies ist die maximale Menge an gelöstem Stoff, die in einer bestimmten Menge Lösungsmittel gelöst werden kann.

Es gibt eine Klassifizierung von Lösungen nach Konzentration, die sie in empirische Lösungen und in bewertete Lösungen unterteilt.

Empirische Lösungen

Diese Klassifizierung, in der die Lösungen auch als qualitative Lösungen bezeichnet werden, berücksichtigt nicht die spezifische Menge an gelöstem Stoff und Lösungsmitteln in der Lösung, sondern ihren Anteil. Hierzu werden die Lösungen in verdünnt, konzentriert, ungesättigt, gesättigt und übersättigt getrennt.

- Verdünnte Lösungen sind solche, bei denen die Menge des gelösten Stoffes in der Mischung im Verhältnis zum Gesamtvolumen der Mischung minimal ist.

- Ungesättigte Lösungen sind solche, die für die Temperatur und den Druck, bei denen sie gefunden werden, nicht die maximal mögliche Menge an gelöstem Stoff erreichen.

- Konzentrierte Lösungen haben erhebliche Mengen an gelöstem Stoff für das Volumen, das sich gebildet hat.

- Gesättigte Lösungen sind solche, die bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck die höchstmögliche Menge an gelöstem Stoff aufweisen. In diesen Lösungen befinden sich der gelöste Stoff und das Lösungsmittel im Gleichgewicht.

- Übersättigte Lösungen sind gesättigte Lösungen, die erhitzt wurden, um die Löslichkeit zu erhöhen und mehr gelösten Stoff aufzulösen. Dann wird eine "stabile" Lösung mit überschüssigem gelösten Stoff erzeugt. Diese Stabilität tritt nur auf, bis die Temperatur wieder sinkt oder sich der Druck drastisch ändert, wobei der gelöste Stoff im Überschuss ausfällt.

Wertvolle Lösungen

Bei den bewerteten Lösungen handelt es sich um solche, bei denen die numerischen Mengen an gelösten Stoffen und Lösungsmittel gemessen werden, wobei die bewerteten Lösungen als Prozentsatz, Molar, Molal und Normal mit jeweils einer Reihe von Maßeinheiten betrachtet werden.

- Die Prozentangaben beziehen sich auf den prozentualen Anteil an gelösten Stoffen in Gramm oder Millilitern in hundert Gramm oder Millilitern Gesamtlösung.

- Molare Konzentrationen (oder Molarität) geben die Anzahl der Mol gelösten Stoffes pro Liter Lösung an.

- Die in der modernen Chemie wenig verbreitete Molalität ist die Einheit, die die Molmenge eines gelösten Stoffes in Kilogramm der Gesamtmasse des Lösungsmittels ausdrückt.

- Normalität ist das Maß, das die Anzahl der gelösten Äquivalente zwischen dem Gesamtvolumen der Lösung in Litern angibt, wobei die Äquivalente die H + -Ionen für Säuren oder OH- für Basen darstellen können.

Entsprechend Ihrem Aggregatzustand

Die Lösungen können auch nach ihrem Befund klassifiziert werden. Dies hängt hauptsächlich von der Phase ab, in der sich das Lösungsmittel befindet (die Komponente, die in der größten Menge im Gemisch vorhanden ist).

- Gasförmige Lösungen sind seltener Natur und werden in der Literatur eher als Gasgemische als als Lösungen eingestuft. Sie treten unter bestimmten Bedingungen und mit geringer Wechselwirkung zwischen ihren Molekülen auf, wie im Fall von Luft.

- Flüssigkeiten haben ein breites Spektrum in der Welt der Lösungen und machen den größten Teil dieser homogenen Gemische aus. Flüssigkeiten können Gase, Feststoffe und andere Flüssigkeiten leicht lösen und sind in allen Situationen des Alltags auf natürliche und synthetische Weise zu finden.

Es gibt auch flüssige Gemische, die häufig mit Lösungen wie Emulsionen, Kolloiden und Suspensionen verwechselt werden, die heterogener als homogen sind.

- Gase in Flüssigkeiten werden hauptsächlich in Situationen wie Sauerstoff in Wasser und Kohlendioxid in kohlensäurehaltigen Getränken beobachtet.

- Flüssig-Flüssig-Lösungen können als polare Komponenten angeboten werden, die sich in Wasser (wie Ethanol, Essigsäure und Aceton) frei auflösen oder wenn sich eine unpolare Flüssigkeit in einer anderen mit ähnlichen Eigenschaften auflöst.

- Schließlich weisen Feststoffe eine breite Löslichkeitsspanne in Flüssigkeiten auf, wie z. B. Salze in Wasser und Wachse in Kohlenwasserstoffen. Feste Lösungen werden aus einem Lösungsmittel in fester Phase gebildet und können als Mittel zum Auflösen von Gasen, Flüssigkeiten und anderen Feststoffen beobachtet werden.

Gase können in Feststoffen wie Wasserstoff in Magnesiumhydrid gespeichert werden; Flüssigkeiten in Feststoffen können als Wasser in Zucker (ein feuchter Feststoff) oder als Quecksilber in Gold (ein Amalgam) gefunden werden; und Fest-Fest-Lösungen werden als Legierungen und Verbundfeststoffe wie Polymere mit Additiven dargestellt.

Vorbereitung

Das erste, was bekannt sein muss, wenn die Herstellung einer Lösung durchgeführt werden soll, ist die Art der Auflösung, die formuliert werden soll; Das heißt, Sie müssen wissen, ob eine Verdünnung vorgenommen oder eine Lösung aus dem Gemisch von zwei oder mehr Substanzen hergestellt werden soll.

Eine andere Sache, die bekannt sein sollte, ist, was die bekannten Werte der Konzentration und des Volumens oder der Masse sind, abhängig vom Aggregationszustand des gelösten Stoffes.

Standardlösungen vorzubereiten

Vor Beginn der Vorbereitung muss sichergestellt sein, dass die Messinstrumente (Waagen, Zylinder, Pipetten, Büretten ua) kalibriert sind.

Beginnen Sie dann mit der Messung der Menge des gelösten Stoffs in Masse oder Volumen, und achten Sie darauf, keine Menge zu verschütten oder zu verschwenden, da dies die Endkonzentration der Lösung beeinträchtigen würde. Dies sollte in den zu verwendenden Kolben eingeführt werden, um sich auf die nächste Stufe vorzubereiten.

Anschließend wird das zu verwendende Lösungsmittel zu diesem gelösten Stoff gegeben, um sicherzustellen, dass der Inhalt des Kolbens die Messkapazität desselben erreicht.

Dieser Kolben wird verschlossen und gerührt, wobei darauf zu achten ist, dass er umgedreht wird, um ein wirksames Mischen und Auflösen zu gewährleisten. Auf diese Weise wird die Lösung erhalten, die in zukünftigen Experimenten verwendet werden kann.

Zur Herstellung einer Verdünnung bekannter Konzentration

Um eine Lösung zu verdünnen und ihre Konzentration zu senken, wird in einem als Verdünnung bezeichneten Prozess mehr Lösungsmittel zugesetzt.

Durch die Gleichung M ₁ V ₁ = M ₂ V ₂, wobei M die molare Konzentration und V das Gesamtvolumen (vor und nach der Verdünnung) symbolisiert, kann die neue Konzentration nach Verdünnung einer Konzentration oder des erforderlichen Volumens berechnet werden um die gewünschte Konzentration zu erreichen.

Bei der Herstellung von Verdünnungen wird die Mutterlösung immer in einen neuen, größeren Kolben gegeben und mit Lösungsmittel versetzt, wobei darauf zu achten ist, dass die Messleitung erreicht wird, um das gewünschte Volumen zu gewährleisten.

Wenn der Prozess exotherm ist und daher Sicherheitsrisiken birgt, ist es besser, den Prozess umzukehren und die konzentrierte Lösung dem Lösungsmittel zuzusetzen, um ein Verspritzen zu vermeiden.

Beispiele

Wie oben erwähnt, liegen die Aggregatzustände der Lösungen in Abhängigkeit von dem Zustand vor, in dem sich Ihr gelöster Stoff und Ihr Lösungsmittel befinden. Nachfolgend sind Beispiele für diese Gemische aufgeführt:

- Hexan in Paraffinwachs ist ein Beispiel für eine flüssig-feste Lösung.

- Wasserstoff in Palladium ist eine Gas-Feststoff-Lösung.

- Ethanol in Wasser ist eine flüssig-flüssige Lösung.

- Kochsalz in Wasser ist eine fest-flüssige Lösung.

- Stahl, bestehend aus Kohlenstoffatomen in einer kristallinen Matrix aus Eisenatomen, ist ein Beispiel für eine Fest-Fest-Lösung.

- Kohlenstoffwasser ist eine Gas-Flüssigkeits-Lösung.