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Mol

Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Maßeinheit Mol; zu anderen Begriffen siehe Mol (Begriffsklärung).
Einheit
Norm SI-Einheitensystem
Einheitenname Mol
Einheitenzeichen mol
Beschriebene Größe(n) Stoffmenge
Größensymbol(e) n
Dimensionssymbol N
In SI-Einheiten SI-Basiseinheit
Benannt nach Molekül

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

Ältere Bezeichnungen sind Grammatom (nur für Elemente) und Grammmolekül (nur für Verbindungen).

Inhaltsverzeichnis

Definition

Im SI-Einheitensystem ist das Mol eine Basiseinheit und so definiert:

Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 0,012 Kilogramm des Nuklids Kohlenstoff-12 (12C) enthalten sind; sein Symbol ist „mol“.
Wenn das Mol benutzt wird, müssen die verwendeten Einzelteilchen angegeben werden; es kann sich dabei um Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen, sonstige Teilchen oder spezifizierte Gruppen solcher Teilchen handeln.[1]

Anders ausgedrückt haben 12 Gramm Kohlenstoff-12 genau 1 Mol Atome. 1 Mol natürlicher Kohlenstoff hingegen hat aufgrund des Isotopengemischs eine Masse von 12,0107 Gramm. Teilchenzahl und Stoffmenge sind einander proportional, sodass eine beliebige dieser beiden Größen als Maß für die andere dienen kann.

Die Teilchenzahl pro Stoffmenge (Avogadro-Konstante) beträgt:

[2]

Ein Mol eines Stoffes enthält also ca. 602 Trilliarden Teilchen dieses Stoffes.

Folgende Zahlenwerte sind identisch:

Historisches

Im SI ist 1971 das Mol als Basiseinheit eingeführt worden. Damit wurde der Anwendungsbereich des SI auf die Chemie ausgedehnt. Vor Etablierung des SI ist das Mol überwiegend als Masseneinheit angesehen worden. So heißt es in DIN 1310 „Gehalt von Lösungen“ vom April 1927: „Als Masseneinheiten dienen ... das Mol, d. h. soviel Gramm des Stoffes, wie sein Molekulargewicht angibt...“. Allerdings wurde durch die Anwendung des Molekular„gewichts“ hier eine Stoffmasse - keine -menge heutiger Sicht - beschrieben und als „Stoffmenge“ bezeichnet. In der heutigen Mol-Definition des SI hingegen wird die Stoffmenge von Teilchenzahl und Masse formal klar unterschieden.

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 22,414 Litern einnimmt. 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 der Einheit 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 von Stoffmengen

Zur Berechnung wird folgende Formel verwendet:

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.

Die atomare Masse, die für jedes chemische Element in Tabellen angegeben wird, bezieht sich dabei auf das natürliche Isotopengemisch. So ist zum Beispiel als Atommasse für Kohlenstoff 12,011 u angegeben. Dieser Wert ist zum Beispiel für in 13C angereichertes Material nicht anzuwenden. Während bei stabilen Elementen die Abweichungen von Isotopenmischungen, wie sie in der Natur vorkommen, relativ gering sind, kann insbesondere bei radioaktiven Elementen das Isotopengemisch stark von der Herkunft und dem Alter des Materials abhängen.

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.
Siehe hierzu auch: Molarität

Molschrumpfung

Die Molschrumpfung bezeichnet eine Reduzierung des Gasvolumens, die in einem Gasgemisch nach der Reaktion der Edukte eintritt, wie z. B. in einem stöchiometrischen Wasserstoff-Sauerstoffgemisch (Knallgas), bei dem der Wasserstoff mit dem Sauerstoff reagiert, wonach sich das Volumen auf ein 1800stel reduziert (vgl. Wasserstoffverbrennungsmotor). Sie steht im Gegensatz zur Molspaltung, der Vervielfachung der Teilchenzahl bei vielen Verbrennungsprozessen wie in diesel- oder benzin-betriebenen Motoren. Beide Prozesse machen einen Gasaustausch erforderlich.

Beispiele

Masse von 1 Mol Helium

Masse von 1 Mol Wasser

Herstellung von Lithiumhydroxid aus Lithium und Wasser

Bei der Bildung von LiOH werden also pro zwei Lithiumatomen 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

Präfixe

SI-Präfixe
Name Yotta Zetta Exa Peta Tera Giga Mega Kilo Hekto Deka
Symbol Y Z E P T G M k h da
Faktor 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 101
Name Yokto Zepto Atto Femto Piko Nano Mikro Milli Zenti Dezi
Symbol y z a f p n µ m c d
Faktor 10−24 10−21 10−18 10−15 10−12 10−9 10−6 10−3 10−2 10−1

Literatur

  1. Übersetzt aus http://www.bipm.org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf
  2. CODATA (2006): Avogadro constant, NIST.

Siehe auch