Vermutlich kennst Du aus der Physik den Begriff der Dichte. Die Dichte gibt an, wie viel ein Stoff im Verhältnis zu seinem Volumen wiegt. Analog zur Dichte gibt es in der Chemie den Begriff der Molaren Masse, die angibt, wie viel ein Stoff im Verhältnis zu seiner Teilchenanzahl wiegt.
Molare Masse – Definition
Jede Verbindung hat bei einer bestimmten Teilchenanzahl eine für sie spezifische Masse. Ihr Verhältnis von Masse zu Stoffmenge ist die molare Masse M. Entsprechend errechnet sie sich als Quotient von Masse m und Stoffmenge n und hat die Einheit , womit die Formel folgendermaßen lautet:
Die Stoffmenge n wird in der Einheit mol angegeben und 1 mol entspricht ungefähr 6.022 * 1023 Teilchen einer Verbindung. In anderen Worten entspricht n der Teilchenanzahl. Das heißt, dass Du mit der molaren Masse M berechnen kannst, wie viele Teilchen einer Verbindung Du brauchst, um eine bestimmte Masse zu erhalten. Beachte hierbei, dass jede Verbindung deshalb eine für sie spezifische molare Masse hat, weil jede Verbindung aus unterschiedlichen oder/und unterschiedlich vielen Atomen zusammengesetzt ist, wobei die Atome ihrerseits auch unterschiedlich schwer sind. Die Zahl 6.022 * 1023 entspricht übrigens der Avogadrokonstante NA mit der Einheit . Wenn Du die Avogadrokonstante mit der Stoffmenge in mol eines Stoffs multiplizierst, erhältst Du die Teilchenanzahl N:
Wieso aber sind Atome unterschiedlich schwer? Atome sind nach dem Bohrschen Atommodell aus einem Atomkern und einer Atomhülle aufgebaut. Im Atomkern befinden sich die in etwa gleich schweren Protonen und Neutronen, die im Vergleich zu den Elektronen in der Atomhülle viel schwerer sind. Dabei ist es die Anzahl der Protonen, die bestimmt, von welchem Element der Chemiker redet. Zum Beispiel ist ein Atom mit nur einem Proton im Atomkern ein Wasserstoffatom, ein Atom mit sechs Protonen ein Kohlenstoffatom.
Aus der unterschiedlichen Protonenanzahl resultiert dann auch die unterschiedlich hohe Masse von Atomen. Genauso kann dasselbe Element sogenannte Isotope haben, bei denen die Protonenanzahl aller Isotope zwar dieselbe ist, aber die Neutronenanzahl unterschiedlich. Man spricht dann zwar vom selben Element, aber Isotope haben genauso unterschiedlich hohe Massen.
Mehr zu diesem Thema erfährst Du in den Artikeln zum Thema Bohrsches Atommodell und Isotop.
Molare Masse berechnen
Ehe Du die molare Masse in Rechnungen nutzen kannst, musst Du natürlich wissen, wie Du Ihren Wert für Verbindungen berechnest. Das lässt sich leicht nachvollziehen, wenn Du bedenkst, dass die Summenformel von Verbindungen angibt, aus welchen Atomen und aus wie vielen dieser Atome eine Verbindung zusammengesetzt ist. Das heißt, dass sich die molare Masse einer Verbindung aus der Summe der molaren Massen ihrer Atome zusammensetzt. Dabei ist die molare Masse jedes Atoms im Periodensystem angegeben, und zwar an jedem Elementkärtchen in der oberen, rechten Ecke.
Du sollst die molare Masse der Verbindung CH4N2O bestimmen. Die Summenformel verrät Dir, dass sich die Verbindung aus einem Kohlenstoffatom, vier Wasserstoffatomen, zwei Stickstoffatomen und einem Sauerstoffatom zusammensetzt.
Wenn sich kein Index an einem Elementsymbol befindet, bedeutet es, dass das Atom nur einmal vorkommt. Man könnte auch statt CH4N2O alternativ C1H4N2O1 schreiben, was aber unüblich ist.
Nachdem Du die Atomanzahl der enthaltenen Elemente bestimmt hast, musst Du die für jedes Element entsprechende molare Masse vom Periodensystem ablesen. Dann würdest Du erhalten:
C | H | N | O |
12 | 1 | 14 | 16 |
Jetzt musst Du nur noch die herausgelesenen molaren Massen jedes Elements mit der Atomanzahl multiplizieren und alle Werte addieren, um die molare Masse der Verbindung CH4N2O zu erhalten.
Die molare Masse ist auf die sogenannte atomare Masseneinheit "u" genormt. 1 u entspricht einer Masse von 1,66 * 10-27 kg. Mit der Normung ist gemeint, dass die molare Masse, die Du aus dem Periodensystem abliest, gleichzeitig auch die Masse von einem einzigen Atom dieses Elements ist.
Wenn Du etwa für Natrium die molare Masse von ungefähr 22,99 abliest, so heißt es auch, dass genau ein Natriumatom eine Masse von 22,99 u beziehungsweise von 22,99 * 1,66 * 10-27 kg ≈ 38,16 * 10-27 kg hat. Man hat für die atomare Masseneinheit u deshalb den bereits genannten Wert gewählt, weil sich dadurch für möglichst viele bekannte Elemente annähernd ganzzahlige Atommassen in u ergeben, was wiederum Rechnungen erleichtert. 1 u entspricht dabei einem zwölftel der Masse des Kohlenstoffisotops.
Die molare Masse in Klausuraufgaben
Zum einen musst Du in einer Klausur die molare Masse einer Verbindung mithilfe des Periodensystems errechnen können. Jedoch musst Du genauso mithilfe der molaren Masse etwa die Stoffmenge oder die Teilchenanzahl einer Verbindung berechnen können, wenn die Masse in g gegeben ist. Wichtig ist zu verstehen, dass die molare Masse es ermöglicht aus der Masse einer Verbindung in g die Stoffmenge in mol zu erhalten, und umgekehrt. Deswegen soll im folgenden Beispiel eine entsprechende Rechnung vorgeführt werden, auch unter Einbezug der Avogadrokonstante.
Du betrachtest die beiden Verbindungen Cl2 und C2H4OH und ihre molaren Massen M(Cl2) ≈ 71 undM(C2H4OH) ≈ 46 . Wie viele Teilchen Cl2 und C2H4OH bräuchtest Du jeweils, um auf eine Masse von 500g zu kommen? Dazu stellst Du die Formel der molaren Masse nach n um, da eine Teilchenanzahl gesucht ist:
Für die Masse m setzt Du für beide Verbindungen 500g ein. Nur bei der molaren Masse M musst Du für jede Verbindung verschiedene Werte einsetzen, weil jede Verbindung eine für sie spezifische molare Masse hat.
Über die berechnete Stoffmenge in mol und die Avogadrokonstante kannst Du auch ferner über die Avogadrokonstante die Teilchenanzahl berechnen:
Molare Masse – Das Wichtigste
- Die molare Masse einer Verbindung ist das Verhältnis von Masse zu Stoffmenge.
- Die molare Masse hat die Einheit und errechnet sich nach der Formel , wobei m die Masse in g (gramm) und n die Stoffmenge in mol ist.
- Die molare Masse von Atomen kann man am Periodensystem ablesen.
- Anhand der Summenformel einer Verbindung kann man ablesen, von welchem Element wie viele Atome in der Bindung vorhanden sind. Dadurch lässt sich die molare Masse einer Verbindung berechnen, indem man die molaren Massen der vorkommenden Elemente mit ihrer Atomanzahl multipliziert und alle Werte anschließend addiert.
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