Herstellung von Lösungen im Labor: Einfach und exakt erklärt

Hast du schon einmal Sirup mit Wasser gemischt? Wenn du zu viel Wasser nimmst, schmeckt es wässrig, bei zu viel Sirup wird es viel zu süß. Im Alltag reicht es oft, die Menge grob zu schätzen.

In der Chemie können wir uns aber nicht auf unser Gefühl (oder unseren Geschmack) verlassen. Wenn wir die Herstellung von Lösungen im Labor durchführen, muss die Konzentration absolut exakt sein. In dieser Lektion lernst du das handwerkliche Geheimnis, wie Chemiker im Labor mit speziellen Glasgeräten arbeiten, um auf den Tropfen genau die perfekte Lösung herzustellen.

Vorwissen

• Stoffmengenkonzentration ($c$): Gibt an, wie viele Teilchen eines Stoffes in einem bestimmten Volumen gelöst sind.

  Beispiel: Eine Lösung mit $c = 1 \text{ mol/l}$ enthält genau $1 \text{ mol}$ des Stoffes in einem Liter Wasser.

• Messkolben: Ein spezielles Laborgefäß mit einem langen, dünnen Hals.

  Beispiel: Auf dem Hals befindet sich eine feine Linie (Ringmarke), die ein ganz exaktes Volumen (z. B. $100 \text{ ml}$) anzeigt.

Aufgabentyp 1: Herstellung einer Lösung aus einem Feststoff

Wenn wir bei der Herstellung von Lösungen im Labor eine ganz bestimmte Konzentration erreichen wollen, können wir das feste Pulver nicht einfach in eine Flasche werfen und Wasser dazugeben. Wir müssen sehr systematisch vorgehen.

Zuerst wird der Feststoff genau abgewogen. Danach lösen wir ihn in einem normalen Becherglas in ein wenig destilliertem Wasser auf. Erst wenn alles gelöst ist, füllen wir die Flüssigkeit in den Messkolben um. Dabei ist ein Schritt extrem wichtig: Das Ausspülen. Das leere Becherglas wird mehrmals mit etwas Wasser ausgespült, und dieses Spülwasser kommt ebenfalls in den Messkolben. So stellen wir sicher, dass wirklich jedes einzelne Teilchen des Feststoffs im Kolben landet.

Zum Schluss wird der Messkolben mit destilliertem Wasser bis zur Ringmarke aufgefüllt. Hierbei musst du auf den Meniskus achten. Das ist die kleine Wölbung der Flüssigkeitsoberfläche am Glasrand.

Damit das Volumen exakt stimmt, muss der unterste Punkt dieser Wölbung genau auf der Linie aufsitzen. Du musst dabei zwingend genau auf Augenhöhe auf die Linie schauen. Schaut man von schräg oben oder unten, liest man falsch ab (das nennt man Parallaxenfehler).

Praxisbeispiel: Lösungen exakt herstellen

Zweck: Die genauen handwerklichen Schritte zur Herstellung einer Lösung üben.

Materialien: $4 \text{ g}$ Natriumhydroxid-Plätzchen, destilliertes Wasser, Becherglas, Glasstab, Trichter, $100 \text{ ml}$ Messkolben, Waage.

⚠️ Sicherheitshinweis: Natriumhydroxid und die entstehende Natronlauge sind stark ätzend. Unbedingt Schutzbrille tragen und bei Hautkontakt sofort mit viel Wasser abspülen! Nur unter Aufsicht der Lehrkraft durchführen.

Durchführung:

1. Wiege exakt $4 \text{ g}$ Natriumhydroxid im Becherglas ab.
2. Gib etwa $30 \text{ ml}$ destilliertes Wasser hinzu und rühre mit dem Glasstab, bis sich alle Plätzchen vollständig aufgelöst haben.
3. Stecke den Trichter in den Messkolben und gieße die Lösung vorsichtig hinein.

4. Spüle das Becherglas dreimal mit wenig destilliertem Wasser aus und gieße dieses Spülwasser ebenfalls durch den Trichter in den Kolben.
5. Fülle den Messkolben tropfenweise mit destilliertem Wasser auf, bis der untere Rand des Meniskus genau auf der Ringmarke liegt. Blicke dabei auf Augenhöhe!
6. Verschließe den Kolben und schüttle ihn gut durch.

Beobachtung: Die festen weißen Plätzchen verschwinden vollständig. Das Becherglas wird beim Rühren spürbar warm. Am Ende befindet sich eine klare Flüssigkeit exakt bis zur Markierung im Kolben.

Erklärung: Durch das schrittweise Lösen und das gründliche Ausspülen haben wir sichergestellt, dass die gesamten $4 \text{ g}$ des Natriumhydroxids ohne Verlust im Messkolben gelandet sind. Das Auffüllen auf Augenhöhe garantiert, dass das Volumen exakt $100 \text{ ml}$ beträgt.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Vorlösen: Den Feststoff abwiegen und in einem Becherglas mit etwas destilliertem Wasser vollständig auflösen.
2. Überführen und Spülen: Die Lösung in den Messkolben gießen. Das Becherglas mehrfach mit destilliertem Wasser ausspülen und das Spülwasser ebenfalls in den Kolben geben.
3. Auffüllen und Ablesen: Den Kolben mit destilliertem Wasser auffüllen. Auf Augenhöhe prüfen, ob der untere Rand des Meniskus exakt auf der Ringmarke liegt.

Durchgerechnete Beispiele

Aufgabentyp 2: Arbeiten mit Maßlösungen

Manchmal ist das Abwiegen von Feststoffen bei der Herstellung von Lösungen im Labor nicht genau genug. Einige Pulver ziehen zum Beispiel unsichtbar Wasser aus der Luft an. Wenn man sie wiegt, wiegt man das Wasser mit, und die Waage lügt. Ein anderes Problem: Wie stellt man Salzsäure her? Der reine Stoff dafür (Chlorwasserstoff) ist bei Raumtemperatur ein Gas. Ein Gas kann man nicht einfach in einem Becherglas auf die Waage legen.

Für solche Fälle nutzen Chemiker eine Maßlösung. Das ist eine Lösung, deren Konzentration bereits extrem präzise eingestellt wurde.

Oft kauft man diese Maßlösungen hochkonzentriert in kleinen, versiegelten Glasfläschchen, den sogenannten Ampullen.

Um damit zu arbeiten, bricht man die Ampulle auf, überführt den gesamten Inhalt in einen Messkolben und füllt diesen exakt bis zur Ringmarke mit destilliertem Wasser auf. So erhält man durch Verdünnen eine hochpräzise Lösung, ohne auch nur ein einziges Gramm abwiegen zu müssen. Viele Labore haben auch große Flaschen mit einer Standard-Maßlösung (z. B. $c = 1 \text{ mol/l}$) im Schrank stehen. Wenn sie eine schwächere Lösung brauchen, nehmen sie einfach etwas davon und verdünnen es mit Wasser.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Ampulle aufbrechen: Die Ampulle mit der hochkonzentrierten Maßlösung vorsichtig öffnen.
2. Überführen: Den gesamten Inhalt der Ampulle in einen Messkolben geben.
3. Auffüllen: Den Messkolben mit destilliertem Wasser exakt bis zur Ringmarke auf Augenhöhe auffüllen.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Feststoffe werden immer erst im Becherglas gelöst und dann in den Messkolben überführt.
• Das Becherglas muss gründlich ausgespült werden, damit keine Teilchen verloren gehen.
• Der Meniskus (Flüssigkeitswölbung) muss exakt auf Augenhöhe abgelesen werden, um Fehler zu vermeiden.
• Eine Maßlösung ist eine Lösung mit einer extrem präzisen Konzentration.
• Maßlösungen und Ampullen werden genutzt, wenn Feststoffe ungenau sind oder Gase (wie bei Salzsäure) gelöst werden müssen.