Das Mol

Der folgende Inhalt ist der Stoff der Vorlesung 8. In dieser Vorlesung behandeln wir den Mol und die Avagadrozahl sowie die Berechnungen der molaren Masse und Umrechnungen mit Hilfe von Molen.

Das MOLE (mol) ist eine Maßeinheit, die die Menge einer reinen Substanz ist, die die gleiche Anzahl chemischer Einheiten (Atome, Moleküle usw.) enthält, wie Atome in genau 12 Gramm Kohlenstoff-12 (d.h., 6,022 X 1023).

Das Mol ist also die Bezeichnung für die Menge 6,022 x 1023, so wie das Wort „Dutzend“ für die Menge 12 verwendet wird.

Wenn man also ein Mol Donuts hätte, hätte man 6,022 x 1023 Donuts und ernsthafte Bauchschmerzen.

Wir verwenden das Mol (mol), um die Menge der Stoffe in der Chemie darzustellen, weil die Anzahl der Atome und Moleküle in jedem Stoff so groß ist. Der angegebene Wert 6,022 x 1023 wird Avagadro-Zahl genannt, nach dem Wissenschaftler, der die Anzahl der Atome in 12 Gramm Kohlenstoff 12 fand. Warum werden 12 Gramm verwendet? Dies ist die theoretische Atommasse des Isotops Kohlenstoff-12 (6 Protonen und 6 Neutronen). Das bedeutet, dass die Atommasse oder das Atomgewicht (12 Gramm) von Kohlenstoff genau einem Mol Kohlenstoff entspricht.

Ausgehend von Kohlenstoff entsprechen die Atomgewichte im Periodensystem ebenfalls einem Mol dieser Stoffe:

Lithium hat zum Beispiel eine Atommasse von 6,941 Gramm, was einem Mol Lithium entspricht. Deshalb geben wir die Atom- und Molekülmassen in der Einheit Gramm pro Mol oder g/mol an.

Was können wir mit Molen machen? Wir verwenden die Einheit, um Berechnungen auf der Grundlage von ausgeglichenen chemischen Gleichungen durchzuführen. Wir verwenden die Stöchiometrie (eine schicke Umschreibung für das Molverhältnis in einer Gleichung), um Vorhersagen darüber zu machen, wie viel Produkt entsteht oder wie viel Reaktant benötigt wird, wenn wir eine Molmenge in einer Reaktion kennen.

Mole einer Substanz und das Molekulargewicht

Die molare Masse oder das Molekulargewicht (austauschbare Begriffe, solange wir uns auf der Erde befinden) einer Substanz ist die Summe aller Einzelmassen der darin enthaltenen Elemente. Um unseren alten Freund Wasser als Beispiel zu nehmen:

Ein Mol Wasser setzt sich aus einem Mol Sauerstoff und zwei Molen Wasserstoff zusammen. Die Masse von Sauerstoff, die einem Mol Sauerstoff entspricht, ist 15,998 g und die Masse von einem Mol Wasserstoff ist 1,008 g. Wenn wir die Grammmengen der einzelnen Elemente im Wassermolekül zusammenzählen = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol), erhalten wir die molare Masse von Wasser = 18,014g/mol.

Wenn wir also genau 18,014g Wasser hätten, dann hätten wir 1 Mol Wasser.

Praxis: Mol und molare Masse

Mol-Beziehungen

Der Grund, warum der Mol so wichtig ist, ist, dass wir den Mol als Einheit für die meisten Beziehungen in der Chemie verwenden. Reaktionen werden auf der Grundlage der Anzahl der Mole jedes Elements in der Reaktion bilanziert, Lösungskonzentrationen werden sehr oft in Form von Molen pro Liter oder Molen pro kg Lösungsmittel beschrieben, und wir haben bereits gesehen, dass die Moleküle oder Atome eines Elements als Mole der Substanz und nicht als die individuelle Anzahl ihrer Teilchen angegeben werden.

Beginnen wir die Beziehungsdiskussion mit der Beziehung zwischen dem Mol und der AMU.

Eine AMU ist 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms, das nach dem Periodensystem ~12g wiegt. Das bedeutet, dass 1 AMU ≈ 1g richtig? und somit hat Kohlenstoff eine Masse von 12amu, richtig? Aber Moment, das kann doch nicht die Masse eines einzelnen Kohlenstoffatoms sein, oder? Die sind ja wirklich sehr, sehr klein. Und das ist richtig, die im Periodensystem angegebene Masse ist in Wirklichkeit die Masse von 6,022 x 1023 Kohlenstoffatomen oder einem Mol Kohlenstoffatome. In Wirklichkeit ist also 1 AMU = 1,66 x 10-24g und während ein Kohlenstoffatom 12 AMU wiegt, ist die im Periodensystem angegebene Masse

12 Atome x 1,66 x 10-24g x 6.022 x 1023 Atome/ mol= 12 g/mol

Ein einzelnes Kohlenstoffatom wiegt also 12 amu, während ein Mol Kohlenstoffatome 12,01 g/mol wiegt.

Mol-Berechnungen

Es gibt eine Fülle von Berechnungen, die mit der Einheit Mol als Zwischenglied durchgeführt werden können. Ich werde jetzt ein paar von ihnen besprechen, und Sie werden im Laufe der weiteren Themen sehen, dass Mole auch für diese Berechnungen wichtig sind.

Typische Molberechnungen:

1) Berechnung des Molekulargewichts oder der molaren Masse einer Verbindung

Die molare Masse einer Verbindung, die auf der Erde oft auch als Molekulargewicht bezeichnet wird, ist einfach die Summe der Massen aller einzelnen Elemente in der Verbindung. Man verwendet das Periodensystem als Referenz für diese Massen und summiert sie auf:

Wenn wir zum Beispiel die molare Masse von Aluminiumsulfat Al2(SO4)3 summieren wollen, müssen wir die Anzahl und Masse jedes Elements in der Verbindung bestimmen. Für Aluminiumsulfat sind die Summen 2 Al, 3 S und 12 O. Hier ist also die Rechnung mit den im Periodensystem angegebenen Atommassen:

2(26,98 g/mol) + 3( 32,07 g/mol) + 12(16,00 g/mol) = 342.17 g/mol

2) Umrechnung von Gramm in Mol oder Mol in Gramm

Wenn man die molare Masse einer Verbindung kennt, kann man diese Masse verwenden, um die Anzahl der Mole in einer Grammmenge der Substanz zu bestimmen, oder umgekehrt kann man die Anzahl der Gramm in einer Molmenge der Substanz berechnen.

Hier sind einige Beispiele:

Wie viele Mole sind in 55,4 g Aluminiumsulfat?

Die Berechnung ist wie eine Umrechnung mit der molaren Masse von Aluminiumsulfat als Umrechnungsfaktor aufgebaut:

55.4g Al2(SO4)3 x 1 mol Al2(SO4)3/342,17 g Al2(SO4)3 = 0,162 mol Al2(SO4)3

Oder: Wie viele Gramm Al2(SO4)3 sind in 6.34 mol Al2(SO4)3?

6,34 mol Al2(SO4)3 x 342,17g Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 = 2,17 x 103 Al2(SO4)3

3) Umrechnung in Moleküle oder Atome

Das Mol ist nicht nur eine Einheit für die molare Masse, sondern auch das Tor zwischen der Masse eines Stoffes und seinen Atomen oder Molekülen.

Bei der Frage, wie viele Moleküle Al2(SO4)3 in den 55,4 g Al2(SO4)3 enthalten sind, müssen wir zunächst die Anzahl der Mole berechnen und dann die Avagadrosche Zahl verwenden, um die Mole in Moleküle umzurechnen:

0.162 mol Al2(SO4)3 x 6,022 x 1023 Moleküle Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 =

Wenn wir das Problem weiterführen und fragen, wie viele Aluminiumatome in den 55,4 g Al2(SO4)3 enthalten sind?

Das ist eine einfache Fortsetzung. Wir müssen nur mit der Anzahl der Aluminiumatome in der Verbindung multiplizieren:

9,76 x 1022 Moleküle Al2(SO4)3 x 2 Atome Al/ 1 Molekül Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 Al-Atome

Lassen Sie uns noch etwas üben: