Die Atommasse die "molare Masse" und das "molares Volumen"

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Die Masse von Atomen

Die Atomgröße

  • Eine Bakterie ist 5.000-fach x kleiner als eine Ameise
  • Ein Atom ist 20.000-fach kleiner als eine Bakterie
  • Ein Atom ist 100.000.000-fach kleiner als eine Ameise
  • In dem Kopf einer Stecknadel passen 100.000.000.000.000.000.000 (1020) Eisen Atome
Das Masse von Atome
  • Atome haben unvorstellbare kleine Massen. Am kleinsten ist das Wasserstoffatom.
    Ein Wasserstoff Atom wiegt 0,000 000 000 000 000 000 000 001 67g
  • Solche Zahlen sind unübersichtlich und unpraktisch. Damit man mit einfacheren Zahlen arbeiten kann, hat man die
    atomare Masseneinheit “u”
    (unified atomic mass unit)
  • Als Bezugspunkt für die atomare Masseneinheit hat man 1/12 der Masse von Kohlenstoff (12C) gewählt.
Umrechnen des Atom Gewichtes “u” in Gramm

Avogadro Konstante (NA) = 6,022•1023 (602 200 000 000 000 000 000 000)

  • u : Avogadro Konstante (NA) = Gramm
  • u : 6,022•1023 = g

Umrechnen von Gramm in “u”

  • g • 6,022•1023 = u

Avogadro

Avogadro hatte erkannt, dass alle Gase in einem abgeschlossenen Raum die gleiche Anzahl von Teilchen enthalten, wenn Druck und Temperatur gleich bleiben. Mit diesem Gesetz war es nun möglich, die molare Masse gasförmiger Verbindungen zu berechnen. Diese Avogadro-Konstante ist folgendermaßen definiert:  
Anzahl Kohlenstoff-Atome in 12 g Kohlenstoff = 6,022•1023

Die Elementarteilchen

Elementarteilchen

Vorkommen

Symbol

Ladung

Masse in Unit

Masse in Unit gerundet

 Protonen (Nukleon)

Atomkern

p+

Positiv

1,0072764 u

1,0 u

 Neutron (Nukleon)

Atomkern

n

Ungeladen / Neutral

1,0086649 u

1,0 u

 Elektronen

Atomhülle

e

Negativ

0,0005485 u

0,0 u

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Die Teilchenzahl und Stoffmenge

Die Menge von Atome

  • Eine Fläche von 1cm2 Aluminiumfolie beinhaltet ca. 60 • 1018 (60 000 000 000 000 000 000) Aluminiumatome
  • Ein Wasserstoffen enthält ca. 33 • 1020 Wassermoleküle (H2O)
  • Auch diese Zahlen sind groß und unpraktisch. Aus diesem Grund wurde das Mol eingeführt.

Anzahl der Atome oder Moleküle in einem Reinstoff

  • Durch das Gewicht kann die Anzahl der Atome oder Moleküle eine einem Reinstoff bestimmt werden.
    • Gramm (von dem Stoff) • Avogadro Konstante : u (Masse eines Atoms oder Moleküles) = Anzahl der Atome
    • g • 6,022•1023 : u = Anzahl der Atome

Das Mol

  • Stoffmengen (n) werden in der Chemie in Mol angegeben.
  • In einem Mol eines Stoffes, egal, was das für ein Stoff ist, sind immer gleich viele Teilchen enthalten, nämlich
    1 mol oder 6,022•1023  Teilchen (N)

Umrechnen von Teilchenzahl und Stoffmenge
  •  Teilchenzahl (N) = NA (Avogadro Konstante) • n (Stoffmenge)
  • N = NA • n
  • n (Stoffmenge) = Teilchenzahl (N) : NA (Avogadro Konstante)

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Die Molare Masse und das molare Volumen

Die Masse, die ein Mol einer Teilchensorte auf die Waage bringt, nennt man Molmasse M (in g/mol).
Man schreibt z.B. für Kohlenstoff: M (C) = 12 g/mol.

  • Bei der Frage, wie viel ein Mol eines Stoffes wiegt, stellt das Periodensystem der Elemente (PSE) eine unersetzliche Hilfe dar.
  • Im Periodensystem ist für jede Atomsorte die atomare Masseneinheit in “u” angegeben. 
    u = (Masse, die ein einzelnes Atom dieser Teilchensorte wiegt)
    Praktischerweise hat diese Atommassenzahl (in u) den gleichen Zahlenwert wie die Molmasse M (in g/mol)!
  • u = Molmasse M (g/mol)
  • Ein Atom Sauerstoff wiegt nach Angabe des PSE 16,00 u.
  • Also wiegt 1 Mol Sauerstoff 16 g
  • Sauerstoff hat die Molmasse 16 g/mol.
  • Ein Atom Aluminium wiegt nach Angabe des PSE 26,98 u.
  • Also wiegt 1 Mol Aluminium 27 g
  • Aluminium hat die Molmasse 27 g/mol.

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Rechnen mit molare Größen

Und welche Molmasse haben Moleküle/Verbindungen?

Bisher war nur von den Molmassen der Elemente die Rede. Die Molmasse von z.B. Molekülen (z.B. Methan CH4) und Ionenverbindungen (z.B. Natriumsulfat Na2SO4) lässt sich einfach durch Addition der Molmassen der beteiligten Elemente ermitteln:

Die Molmasse von Natriumsulfat ergibt sich nach Zuhilfenahme des PSE zu: M = 2·23 g/mol + 32 g/mol + 4·16 g/mol = 142 g/mol.

Bestimmung der Molzahl
Bei der Auswertung von Experimenten ist oft gar nicht das Problem, wie viel Gramm ein Mol eines Stoffes wiegt, sondern es stellt sich genau die andere Frage: Welche Molzahl n, wie viel Mol also ist in einer ausgewogenen Stoffportion enthalten?

Wenn man ein 23 g schweres Natriumstück abwiegt, sind in diesem Natriumstück genau 1 Mol Natriumatome enthalten, da Natrium die Molmasse 23 g/mol hat (s.o.!). Wie viel Mol sind nun aber in 15 g Natrium enthalten? Um die Frage beantworten zu können, wendet man entweder den Dreisatz an (fragt mal eure Mathelehrerin bzw. euren Mathelehrer!), oder man bedient sich der einfachen Zauberformel:
n=m : M
n = Molzahl    /     m = Masse des Stoffes      /    M = Molmasse
Für Gase gilt diese Formel auch; Avogadro fand für Gase aber noch weitere Regeln: Ein Mol eines jeden Gases nimmt bei normalem Druck und Raumtemperatur ein Volumen (V) von 24 Litern ein. Die Molzahl n von Gasen kann man daher bei Normbedingungen auch nach der folgenden Formel berechnen: (bei 20 °C und 1013 mbar).

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