1 · Ist ein Mol immer ein Gramm?
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Nein. Ein Mol ist eine festgelegte Stoffmenge; seine Masse hängt von der molaren Masse des Stoffes ab.
Chemie · Grundlagen · Sekundarstufe I
Stoffmenge und molare Masse
Wie kannst du aus einer gewogenen Stoffprobe auf die Anzahl ihrer Teilchen schließen? Verstehe zuerst das Mol als Zähleinheit und verbinde anschließend Masse, Stoffmenge und Teilchenzahl.
Vom Wiegen zum Zählen
n = mM
N = n · NA
Masse, Stoffmenge und Teilchenzahl sind verschiedene Größen.
Ein Mol ist eine festgelegte Anzahl
Ein Dutzend bedeutet zwölf Stück – unabhängig davon, ob du Eier oder Bleistifte zählst. Das Mol erfüllt in der Chemie eine ähnliche Aufgabe, nur für eine sehr viel größere Anzahl. Ein Mol enthält exakt 6,02214076 · 10²³ festgelegte elementare Einheiten.
Die Stoffmenge n wird in mol angegeben. Sie beschreibt, wie viele solcher großen Zähleinheiten in einer Probe enthalten sind. Ein halbes Mol enthält halb so viele festgelegte Teilchen wie ein Mol. Ein Mol Wasser ist deshalb keine feste Volumenangabe und auch nicht einfach „ein Gramm“.
Du musst immer sagen, was gezählt wird: Atome, Moleküle, Ionen oder bestimmte Formeleinheiten. Ein Mol O-Atome und ein Mol O₂-Moleküle sind nicht dasselbe. Die Moleküle enthalten jeweils zwei O-Atome.
Vergleichen und entdecken
1 mol H₂O entspricht ungefähr 18 g und 6,022 · 10²³ Moleküle. Die Masse hängt von der Stoffart ab; die Teilchenzahl pro Mol bleibt gleich.
Teilchenzahl und Avogadro-Konstante
Die Teilchenzahl N zählt die einzelnen festgelegten Einheiten. Die Avogadro-Konstante NA gibt an, wie viele davon zu einem Mol gehören. Ihr exakter Wert lautet 6,02214076 · 10²³ mol⁻¹. Für unsere Übungen genügt meist die Rundung 6,022 · 10²³ mol⁻¹.
N = n · NA
n = NNA
Bei n = 0,50 mol ergibt sich N ≈ 0,50 · 6,022 · 10²³ = 3,011 · 10²³ Teilchen. Die Einheit mol kürzt sich bei der Multiplikation mit mol⁻¹ heraus. Die Teilchenzahl ist eine Anzahl ohne physikalische Einheit; die Teilchenart wird zur Klarheit dazugeschrieben.
Verwechsle das große N nicht mit dem kleinen n. N = 2 bedeutet zwei einzelne Teilchen; n = 2 mol bedeutet etwa 1,2044 · 10²⁴ festgelegte Teilchen.
Was bedeutet molare Masse?
Die molare Masse M ist die Masse pro Stoffmenge. Im Unterricht verwendet man meist g·mol⁻¹, also Gramm pro Mol. Wasser hat näherungsweise M(H₂O) = 18 g·mol⁻¹: Ein Mol Wasser besitzt ungefähr 18 g Masse. Ein Mol CO₂ hat dagegen ungefähr 44 g Masse.
Die SI-Einheit der molaren Masse ist kg·mol⁻¹. Beide Schreibweisen sind möglich, aber Rechnung und Einheiten müssen zusammenpassen. Wenn M in g·mol⁻¹ gegeben ist, setzt du m in Gramm ein.
Für eine Verbindung addierst du die molaren Massen ihrer enthaltenen Atome entsprechend den Indizes. Mit gerundeten Schulwerten H = 1, C = 12 und O = 16 g·mol⁻¹ folgt für Wasser 2 · 1 + 16 = 18 g·mol⁻¹ und für CO₂ 12 + 2 · 16 = 44 g·mol⁻¹.
Bei Ca(OH)₂ wird die ganze Klammer zweimal berücksichtigt: 40 + 2 · (16 + 1) = 74 g·mol⁻¹. Ein Koeffizient vor der Stoffformel verändert dagegen die molare Masse des Stoffes nicht. 2 H₂O bedeutet doppelt so viel Wasser, nicht eine neue molare Masse für Wasser.
36 Gramm Wasser Schritt für Schritt
1. Gegeben und gesucht: Die Probe enthält m = 36 g Wasser. Gesucht sind die Stoffmenge und die Anzahl der Wassermoleküle. Wir verwenden M(H₂O) ≈ 18 g·mol⁻¹.
2. Stoffmenge berechnen: Teile die Masse durch die Masse pro Mol.
n = 36 g18 g·mol⁻¹ = 2 mol
3. Teilchenzahl berechnen: Zwei Mol enthalten zweimal die Avogadro-Zahl an Molekülen: N ≈ 2 · 6,022 · 10²³ = 1,2044 · 10²⁴ Wassermoleküle.
4. Prüfen: Ein Mol wiegt hier ungefähr 18 g. Die doppelte Masse muss bei derselben Stoffart die doppelte Stoffmenge ergeben. Das Ergebnis 2 mol passt. Die Rundung der Teilchenzahl sollte zur Genauigkeit der Ausgangswerte passen; häufig schreibt man etwa 1,2 · 10²⁴.
In beide Richtungen rechnen
Wenn die Stoffmenge gegeben und die Masse gesucht ist, multiplizierst du mit der molaren Masse. Für 0,25 mol CO₂ erhältst du mit M = 44 g·mol⁻¹ die Masse 11 g.
m = n · M
Sind Masse und Stoffmenge bekannt, kannst du die molare Masse bestimmen. Eine Probe mit 10 g Masse und 0,50 mol Stoffmenge hat M = 20 g·mol⁻¹.
M = mn
Lies vor dem Einsetzen die gesuchte Größe ab. Einheiten helfen bei der Entscheidung: g geteilt durch g·mol⁻¹ ergibt mol; mol mal g·mol⁻¹ ergibt g. Eine bloße Zahlenrechnung ohne Einheiten macht Verwechslungen schwerer erkennbar.
Moleküle, Atome und Formeleinheiten unterscheiden
Ein Mol H₂O enthält ein Mol Wassermoleküle. Weil jedes Molekül aus zwei H-Atomen und einem O-Atom besteht, gehören dazu zwei Mol H-Atome und ein Mol O-Atome. Das sind zusammen drei Mol Atome, aber weiterhin nur ein Mol Wassermoleküle.
Bei einem Ionenkristall wie NaCl gibt es keine abgegrenzten NaCl-Moleküle. Ein Mol NaCl bezeichnet ein Mol Formeleinheiten: Dazu gehören ein Mol Na⁺ und ein Mol Cl⁻. Das Zahlenverhältnis 1 : 1 bleibt erhalten.
Die Atommasse eines einzelnen Atoms wird häufig in u angegeben. Die molare Masse trägt dagegen eine Einheit wie g·mol⁻¹. Dass ihre Zahlenwerte bei üblichen chemischen Genauigkeiten zusammenpassen, macht die Größen nicht identisch.
Unterrichtsimpuls: gleich viele, verschieden schwer
Zeige zuerst 1 mol Wasser und lasse vor dem Wechsel zu 1 mol CO₂ vorhersagen, welche Größe gleich bleibt. Die Teilchenzahl ist gleich, die Masse steigt. Wechsle danach zu 0,5 mol Wasser: Nun halbieren sich bei derselben Stoffart sowohl Masse als auch Teilchenzahl.
Sechs Aufgaben zum Selbstcheck
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
2 · Wie groß ist M(CO₂) mit C = 12 und O = 16 g·mol⁻¹?
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12 + 2 · 16 = 44 g·mol⁻¹.
3 · Welche Stoffmenge entsprechen 9 g Wasser bei M = 18 g·mol⁻¹?
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n = 9 geteilt durch 18 = 0,50 mol.
4 · Welche Masse haben 0,25 mol CO₂ bei M = 44 g·mol⁻¹?
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m = 0,25 · 44 = 11 g.
5 · Wie viele Mol H-Atome enthält 1 mol H₂O?
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2 mol H-Atome. Jedes Wassermolekül enthält zwei H-Atome.
6 · Wie viele Moleküle enthält 0,50 mol eines molekularen Stoffes ungefähr?
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3,011 · 10²³ Moleküle, mit der gerundeten Avogadro-Konstante.
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