In einem Chemielabor stehen zwei Kochsalzlösungen mit einer Konzentration von \(5\,\%\) und \(20\,\%\) zur Verfügung. Durch Zusammenmischen dieser beiden Lösungen wurde eine erste Mischung mit einem Salzgehalt von \(10\,\%\) hergestellt.
a) Wenn man dieser ersten Mischung weitere \(3\,\text{l}\) der \(20\,\%\)-igen Lösung hinzufügt, steigt der Salzgehalt auf \(15\,\%\). Berechne, wie viele Liter der beiden ursprünglichen Lösungen für die erste Mischung verwendet wurden.
b) Begründe ohne Rechnung: Wie würde sich der Salzgehalt der ersten Mischung (\(10\,\%\)) verändern, wenn man stattdessen \(3\,\text{l}\) der \(5\,\%\)-igen Lösung hinzufügen würde?
Denkanstöße
- Stelle ein Gleichungssystem auf, wobei eine Gleichung das Mischverhältnis der ersten Mischung beschreibt.
- Wie berechnet man die Menge des gelösten Salzes in einer Mischung?
- Überlege für Teil b, ob die hinzugefügte Lösung „stärker“ oder „schwächer“ konzentriert ist als das Zielgemisch.
Lösung
1. Teil a: Definition der Variablen: \(x\) (Volumen der \(5\,\%\)-igen Lösung) und \(y\) (Volumen der \(20\,\%\)-igen Lösung).
2. Erste Mischungsgleichung: \(0{,}05x + 0{,}2y = 0{,}1(x+y) \implies 0{,}1y = 0{,}05x \implies x = 2y\).
3. Gleichung nach Zugabe von \(3\,\text{l}\) der \(20\,\%\)-igen Lösung: \(\frac{0{,}1(x+y) + 0{,}2 \cdot 3}{x+y+3} = 0{,}15\).
4. Substitution von \(x = 2y\): \(\frac{0{,}1(3y) + 0{,}6}{3y + 3} = 0{,}15 \implies 0{,}3y + 0{,}6 = 0{,}15(3y+3) \implies 0{,}3y + 0{,}6 = 0{,}45y + 0{,}45\).
5. Lösen nach \(y\): \(0{,}15 = 0{,}15y \implies y = 1\). Daraus folgt \(x = 2\).
6. Teil b: Die hinzugefügte Lösung hat eine Konzentration von \(5\,\%\), was niedriger ist als die Konzentration der ersten Mischung (\(10\,\%\)). Daher wird die Gesamtmischung „verdünnt“ und der Salzgehalt sinkt unter \(10\,\%\).
Antwort
a) Es wurden \(2\,\text{l}\) der \(5\,\%\)-igen Lösung und \(1\,\text{l}\) der \(20\,\%\)-igen Lösung verwendet.
b) Der Salzgehalt würde sinken, da die hinzugefügte Lösung eine geringere Konzentration (\(5\,\%\)) besitzt als die vorhandene Mischung (\(10\,\%\)).