Lektion
Die Theorie — Verdünnungsrechner
Eine Verdünnung ist eine Rezeptur, keine Reaktion: Du wählst aus, wie viel konzentrierte Stammlösung du entnimmst und wie viel Lösungsmittel du hinzufügst. Der Rechner beantwortet die praktische und nicht die chemische Frage — wie viel aus der Flasche musst du einschenken, ausgehend von der vorhandenen Konzentration sowie der gewünschten Zielkonzentration und dem Zielvolumen?
Was die einzelnen Symbole bedeuten
C₁- die Ausgangskonzentration, also die Konzentration der im Regal stehenden Stammlösung. Sie bestimmt, wie wenig du benötigst: Bei
100gegenüber einem Zielwert von0.5erfordert ein ganzer Liter Gebrauchslösung nur5Einheiten der Stammlösung. V₁- das abzumessende Stammlösungsvolumen — das Volumen, das du tatsächlich pipettierst, und die Zeile, für deren Berechnung dieses Tool dient.
C₂- die gewünschte Zielkonzentration der fertigen Lösung. Zusammen mit
C₁legt sie den Verdünnungsfaktor fest, unabhängig vom hergestellten Volumen. V₂- das Endvolumen, also das Gesamtvolumen der fertigen Lösung — nicht die Menge, die du hinzufügst. Die Differenz zwischen beiden Werten ist die Zeile darunter.
Woher die Formel kommt
- Stellt man die Erhaltungsgleichung nach der benötigten Größe um, erhält man
V₁ = C₂V₂ / C₁. Jeder Wert auf der rechten Seite ist bereits von dir festgelegt worden, weshalb nichts mehr gelöst werden muss. - Das hinzuzufügende Lösungsmittel beträgt dann
V₂ − V₁, und das ist der Schritt, der am Labortisch oft übersprungen wird. Für250einer1er-Lösung aus einer5er-Stammlösung verlangt der Rechner50an Stammlösung und200an Lösungsmittel — man füllt auf das Endvolumen auf, man gibt nicht das Endvolumen hinzu. - Der Verdünnungsfaktor ist einfach
C₁/C₂, ist also bereits festgelegt, bevor ein Volumen gewählt wird. Eine2x-Verdünnung besteht daher immer zur Hälfte aus Stammlösung und zur Hälfte aus Lösungsmittel: Eine Verdünnung von12auf6bei einem Endvolumen von500erfordert250Stammlösung und250Lösungsmittel.
So liest du, was du siehst
Vergleiche die mittlere Zeile mit der untersten. Eine 200x-Verdünnung — von 100 Stammlösung hinab auf 0.5 — benötigt 5 Stammlösung und 995 Lösungsmittel, sodass die Lösungsmittel-Zeile fast das gesamte Endvolumen ausmacht und die Stammlösungs-Zeile einem Rundungsfehler gleicht. Bei 2x sind die beiden Zeilen gleich. Der Verdünnungsfaktor verrät dir, in welcher dieser beiden Situationen du dich befindest, bevor du etwas abmisst.
- Setzt voraus
- Dass sich Volumina addieren: dass
50Stammlösung plus200Lösungsmittel exakt250ergeben. Zudem wird ein einziger Verdünnungsschritt und ein einziger gelöster Stoff angenommen, wobei nichts reagiert und sich nichts im Lösungsmittel befindet. - Versagt, wenn
- Volumina sind nicht streng additiv, was sich besonders bei konzentrierten Säuren zeigt. Das Mischen gleicher Volumina von konzentrierter Schwefelsäure und Wasser ergibt messbar weniger als ihre Summe, da sich die Moleküle zusammen anders anordnen als getrennt — und es wird zudem erheblich Wärme frei. Die
2x-Antwort des Rechners von250und250ist eine gute Anweisung, aber eine schlechte Vorhersage für den Füllstand im Kolben. Deshalb verlangen reale Laborvorschriften, bis zur Messmarke aufzufüllen, anstatt ein abgemessenes Volumen Wasser hinzuzufügen.
Übung
Prüfe dich selbst
Sage die Antwort zuerst voraus und probiere es dann oben aus. Zeige die Lösung erst, wenn du dich entschieden hast — genau das macht es zur Übung.
-
Verlange das Unmögliche: Ausgangskonzentration
1, Zielkonzentration5, Endvolumen250. Die Seite warnt dich — aber was schreibt sie vorher in die beiden Volumenzeilen?Antwort anzeigen
1250Stammlösung und0Lösungsmittel, bei einem Verdünnungsfaktor von0.2x. Die Rechnung bleibt korrekt:V₁ = C₂V₂/C₁ist5 × 250 / 1, und das ist tatsächlich1250. Beschrieben wird damit ein Rezept, das fünfmal so viel Stammlösung verlangt wie das Volumen, das du herstellst. Der Faktor ist das Verräterische — er ist unter1gefallen, und ein Verdünnungsfaktor unter eins ist eine Aufkonzentrierung, die sich durch kein Umfüllen erreichen lässt. Die Warnung leistet, was die Formel nicht kann. -
Setze nun Ausgangs- und Zielkonzentration gleich:
10und10, Endvolumen100. Diesmal keine Warnung. Was steht in den Zeilen?Antwort anzeigen
100Stammlösung,0Lösungsmittel, Faktor1x. Eine richtige Antwort auf eine Frage, die niemand stellt — gieß das gewünschte Volumen ab und füge nichts hinzu. Sehenswert ist sie als Grenze: darunter ist die Lösungsmittelzeile positiv und der Faktor über1, darüber fällt der Faktor unter1und die Warnung erscheint, und dieser eine Punkt ist der letzte, an dem jede Zeile noch ehrlich ist.
Aufgabe vollständig gelöst
-
250 mL einer 1 M Lösung aus einer 5 M Flasche 5 Schritte
Sie benötigen 250 mL einer 1 M Lösung und die Flasche im Regal ist 5 M. Berechnen Sie die beiden Volumina — und geben Sie klar an, welches Sie zuerst abmessen, denn die Reihenfolge ist im Labor wichtig.
-
Durch die Zugabe von Wasser entsteht nichts. Die Stoffmenge des gelösten Stoffs in der pipettierten Stammlösung entspricht der Stoffmenge im Endkolben, und dieser eine Satz ist schon die ganze Gleichung.
-
Schreibt man die Stoffmenge auf beiden Seiten als Konzentration mal Volumen und löst auf, erhält man 50 mL Stammlösung.
-
Das Lösungsmittel ist die Differenz, nicht das Endvolumen: 200 mL Wasser, hinzugefügt zu 50 mL Stammlösung.
-
Überprüfen Sie es, indem Sie zur Stoffmenge zurückkehren. 5 × 50 und 1 × 250 ergeben beide 250 Millimol, was auch so sein muss.
-
Der Verdünnungsfaktor kann auf zwei Arten gelesen werden — als Konzentrationsverhältnis oder als Volumenverhältnis — und beide stimmen bei 5 überein, da sie konstruktionsbedingt Kehrwerte voneinander sind.
Antwort
Das Werkzeug gibt V₁ = 50, 200 Lösungsmittel und einen Verdünnungsfaktor von 5× aus. Der Vorbehalt für die Laborpraxis ist derjenige, den die Formel nicht ausdrücken kann: Sie füllen in einem Messkolben auf 250 mL auf, Sie geben nicht 200 mL zu 50 mL in ein Becherglas. Volumina sind bei Anwesenheit eines gelösten Stoffs nicht streng additiv, und bei konzentrierten Säuren ist der Unterschied messbar. C₁V₁ = C₂V₂ sagt Ihnen, wie viel Stammlösung Sie nehmen müssen; das Glasgerät sagt Ihnen, wie Sie fertigstellen.
-
Quellen (2)
- The quantity C₁ and C₂ actually are, defined: IUPAC, “amount concentration.” The IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the Gold Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014.
- Why “volumes add” is an approximation — the concentrative-properties tables let you check the contraction for yourself: John R. Rumble (ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, “Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity.” CRC Press / Taylor & Francis, 2021. ISBN 978-1-032-12171-0.