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Vermutlich kennst du aus der Physik den Begriff der Dichte, mit dem du ausrechnen kannst wie viel ein bestimmtes Volumen von einem Stoff wiegt. Du kannst also mithilfe der Dichte beispielsweise ausrechnen, wie viel 3 L Wasser wiegen. Analog zur Dichte, gibt es in der Chemie den Begriff der Molaren Masse, mit dem du ausrechnen kannst, wie viel eine bestimmte Teilchenanzahl von einem Stoff wiegt.
Die molare Masse M ist, in Bezug zu einer Verbindung, definiert als die für sie spezifische Masse pro Stoffmenge. Entsprechend errechnet sie sich als Quotient von Masse m und Stoffmenge n und hat die Einheit :
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.
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. Somit ist die Masse der Elektronen hinsichtlich des Gesamtgewichts des Atoms vernachlässigbar klein. Dabei ist es die Anzahl der Protonen, die bestimmt von welchem Element der Chemiker redet bzw. welche chemischen Eigenschaften ein Element hat. 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.
Wir betrachten die beiden Verbindungen Cl2 und C2H4OH und ihre molaren Massen M(Cl2) ≈ 71 und M(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.
Im vorherigen Beispiel waren die molaren Massen von zwei Verbindungen angegeben, doch wie kommt man auf diese Werte? Die Summenformel von Verbindungen gibt an, 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.
Abbildung 1: die molare Masse von Stickstoff ist exemplarisch eingekreist
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.
C | H | N | O |
1 | 4 | 2 | 1 |
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.
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