Mol

Vorlage:Formatvorlage Einheit Das Mol ist die SI-Basiseinheit der Stoffmenge (Einheitenzeichen: mol). Wichtig ist das Mol für Mengenangaben bei chemischen Reaktionen.

Definition

Ein Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen (Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen, Äquivalentteilchen, ...) besteht, wie Atome in 12 Gramm des Kohlenstoff-Nuklids ¹²C enthalten sind. Bei Verwendung des Mol müssen die Teilchen genau spezifiziert sein. Im SI stellt die Stoffmenge eine eigene Basisgröße dar, und das Mol eine Basiseinheit. Ein Mol bedeutet eine bestimmte Anzahl von Teilchen. Beispielsweise kann die Stoffmenge von ungefähr 2 mol Wasserstoff-Atomen als 2 mol H-Teilchen, aber auch als 1 mol H₂-Teilchen betrachtet werden.

Folgende Zahlenwerte sind identisch: Der Zahlenwert der Masse eines Teilchens in der atomaren Masseneinheit u - den nannte man in der Chemie früher relative Atommasse oder „Atomgewicht“ - und der Zahlenwert der Masse von 1 mol dieses Teilchens in g (Beispiel dazu siehe unten: Die Molare Masse).

Die Teilchenzahl pro Mol (Avogadro-Zahl/Loschmidt-Zahl) beträgt: N_A = 6,0221415 × 10²³ mol^-1. Das Mol steht also für eine große Anzahl Teilchen, es ist ein großer Faktor für eine Mengenangabe.

Historisches

Früher wurde das Mol als Masseneinheit betrachtet; so heißt es in DIN 1310 „Gehalt von Lösungen“ vom April 1926: „Als Masseneinheiten dienen ... das Mol, d. h. soviel Gramm des Stoffes, wie sein Molekulargewicht angibt...“

Molares Volumen

Das molare Volumen eines Stoffes ist eine stoffspezifische Eigenschaft, die angibt, welches Volumen ein Mol eines Stoffes ausfüllt.

Für ideale Gase gilt, dass ein Mol bei Normalbedingungen (273,15 K, 101325 Pa) ein Volumen von 22,4 Litern einnimmt. Diese Volumen werden oft als molares Volumen bezeichnet. Für reale Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten ist das molare Volumen hingegen stoffabhängig.

Molare Masse

Die molare Masse M ist der Quotient aus Masse und Stoffmenge eines Stoffes. In g/mol besitzt sie denselben Zahlenwert wie die Atommasse, also die Masse eines Atomes, in u (atomare Masseneinheit). Ihre Bedeutung ist äquivalent zum früheren „Atomgewicht“ in der Chemie.

Berechnung

Zur Berechnung wird folgende Formel verwendet: $n={\frac {m}{M}}$

Dabei bezeichnet $n$ die Stoffmenge, $m$ die Masse und $M$ die molare Masse. $M$ kann für chemische Elemente Tabellenwerken entnommen und für chemische Verbindungen bekannter Zusammensetzung aus solchen Werten errechnet werden.

Verwendung der Einheit Mol bei Konzentrationsangaben

Die Einheit Mol findet häufig Verwendung in zusammengesetzten Einheiten zur Angabe von Konzentrationen (Lösungen, Säuregehalt von Lösungen usw.). Eine der häufigsten Verwendungen ist die x-molare Lösung (das x steht darin für eine beliebige rationale positive Zahl). Die Bedeutung ist

(Beispiel:) Eine 2,5-molare A-Lösung enthält 2,5 Mol des gelösten Stoffes A in 1 Liter der Lösung.

Hierzu siehe auch: Molarität.

Beispiele

1 Atom Helium wiegt ungefähr 4 u (ein Helium-Atom hat 2 Protonen und 2 Neutronen, die Elektronen können wegen ihrer sehr geringen Masse vernachlässigt werden)
1 mol Helium wiegt also etwa 4 g und enthält ungefähr 6,022 × 10²³ Helium-Atome (Avogadrosche Zahl).

Herstellung von Lithiumhydroxid

\mathrm {2\,Li+2\,H_{2}O\rightarrow 1\,H_{2}+2\,LiOH}

Bei der Bildung von LiOH werden also pro zwei Lithiumatome zwei Wassermoleküle verbraucht. Weil in jedem Mol von jeder Substanz gleich viele Teilchen vorhanden sind (siehe oben), braucht man 2 mol Lithium und 2 mol Wasser oder eine beliebige andere Stoffmenge im 2:2-Verhältnis.

2-mal 6,94 g Lithium und 2-mal 18 g Wasser reagieren also zu 1-mal 2 g Wasserstoff und 2-mal 23,94 g Lithiumhydroxid

Anwendungsbeispiel

1 mol eines Stoffes enthält ungefähr 6,022 · 10²³ Teilchen.
Das Volumen von 1 mol eines idealen Gases unter Normalbedingungen beträgt etwa 22,4 Liter.
Ein Wassermolekül $H_{2}O$ besteht aus 1 Sauerstoffatom + 2 Wasserstoffatomen.
Das Sauerstoffatom besitzt 16 Nukleonen (Kernteilchen, also Neutronen und Protonen), Wasserstoff 1 Kernteilchen
Ein Wassermolekül enthält demnach 18 Nukleonen.
Die Masse eines Kernteilchens ist ungefähr 1,665 · 10^-24 Gramm.
1 Wassermolekül hat somit die Masse 18 · 1,665 · 10^-24 g
Die Masse von 1 mol Wasser ist 6,022 · 10²³ · Masse eines Wassermoleküls
Die Masse von 1 mol Wasser ist somit 6,022 · 10²³ · 18 · 1,665*10^-24 g = 18 g

Präfixe

Vorlage:SI-Präfixe

Siehe auch