Molare Masse und Stoffmenge – chemische Größen in der Stöchiometrie

Ziel der Chemie ist es, Stoffeigenschaften und Stoffumwandlungen zu erkennen, aber auch mit “Stoffgrößen” umzugehen. Damit wir nicht nur “qualitativ” eine Reaktion beschreiben können (aus welchem Ausgangsstoff entsteht welches Produkt), sondern auch “quantitativ” beschreiben können (welche Menge an Ausgangsstoff wird benötigt und welche Menge an Produkt erhalten wird) benötigen wir eine Stoffgröße in der Chemie, die die Stoff(menge) eines Stoffes beschreibt.

Die Stoffmengen

Zur Angabe, welche Menge an Ausgangsstoff bzw. Produkt an einer Reaktion beteiligt ist, wurde die Stoffmenge n eingeführt. Die Einheit der Stoffmenge ist das “mol”.

Die Stoffmenge dient dazu, um “Mengen” an Stoffen, die miteinander reagieren, zu beschreiben. Gemäß der Definition ist ein Mol die Stoffmenge eines Stoffes, der aus genau so viele Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) besteht, wie Atome in 12 Gramm des Kohlenstoff-Nuklids 12C enthalten sind. Die Stoffmenge gibt daher an, wie viele Teilchen (eines Stoffes) in einer bestimmten Menge des Stoffes enthalten sind.

Die Berechnung der Stoffmenge n lässt sich über mehrere Möglichkeiten berechnen (über die Masse eines abgewogenen Stoffes, über das Volumen eines abgemessenen Gases oder über die Anzahl der Stoffteilchen).

• In den meisten Fällen berechnet man die Stoffmenge n eines gegebenen Stoffes über die Masse m und die molare Masse des Stoffes. Dazu wiegt man die Masse m des Stoffes und berechnet aus der Zusammensetzung der Verbindung die molare Masse (dazu später). Die Formel zu Berechnung der Stoffmenge lautet: n = m : M  (Stoffmenge n ist der Quotient aus Masse m und molarer Masse M.

Beispiel:
– Wir wiegen eine Masse m = 73 g Wasserstoffchlorid (HCl) ab. Die molare Masse M von Wasserstoffchlorid ist 36,5 g/mol
– Wie bestimmen die Stoffmenge n der abgewogenen Masse: n = m : M = 73 g : 36,5 g/mol = 2 mol

• (Reines) Wasserstoffchlorid ist gasförmig, man kann die Stoffmenge n daher auch über das Volumen berechnen. Die Stoffmenge n eines gasförmigen Stoffes ist dabei der Quotient aus seinem Volumen (bei 20°C und 1 bar) und dem sogenannten Normvolumen eines (idealen) Gases (V = 22,4 L/mol). Die Formel zu Berechnung der Stoffmenge lautet: n = V : V⁰

Beispiel:
– Wir messen ein Volumen V von 44,8 L Wasserstoffchlorid (HCl) ab. Das Normvolumen eines idealen Gases ist 22,4 L/mol
– Wie bestimmen die Stoffmenge n mit dem abgemessenen Volumen: n  = 44,8 L : 22,4 L/mol = 2 mol

• Zu Beginn des Chemieunterrichts berechnet man die Stoffmenge eines Stoffes anhand seiner Teilchenzahl (die Anzahl der Stoffteilchen). Die Stoffmenge n einer bestimmten Anzahl an Teilchen ist dabei der Quotient aus Anzahl der Stoffteilchen und der Avogadro-Konstante(6,022 · 10 ²³ Teilchen/mol). Die Formel zu Berechnung der Stoffmenge lautet: n = N : N_A. Diese Möglichkeit der Stoffmengenberechnung wird in der Realität nicht verwendet, da ein Abzählen von Stoffteilchen unmöglich ist.

Beispiel:
– Wir haben 1,24· 10²⁴ Wasserstoffchlorid-Teilchen.
– Wie bestimmen die Stoffmenge n anhand der Teilchenzahl: n  =  1,24· 10²⁴ Teilchen : 6,022 · 10²³ Teilchen/mol = 2 mol (in der Regel lässt man die Einheit “Teilchen” weg, da dies keine SI-Einheit ist.

Die molare Masse M eines Stoffes

Für fast alle Berechnung in Chemie wird die molare Masse von Elementen bzw. Verbindungen benötigt. Die molare Masse kann man sich sehr einfach herleiten. Dazu muss nur die Summenformel bekannt sein, deren molare Masse bestimmt werden soll oder man kann sie über folgenden Zusammenhang herleiten: Der Quotient aus der Masse m eines (abgewogenen) Stoffes und der Stoffmenge n entspricht der molaren Masse M dieses Stoffes (M = m : n)

Allerdings kann man auch ohne experimentellen Aufwand die molare Masse M einer Verbindung ermitteln. Dazu muss man nur die Summenformel dieser chemischen Verbindung kennen. Dazu ließt man aus dem Periodensystem der Elemente die zugehörige “molare Masse” jedes Elements ab und multipliziert diesen mit den stöchiometrischen Koeffizienten die sich aus der Summenformel ergeben (Hinweis: die Koefffizient steht in der Summenformel immer hinter dem Elementsymbol. Anschließend werden die einzelnen molaren Massen aufsummiert. Die molare Masse der Verbindung ist dabei die Summe der molaren Massen der Elemente, die die Verbindung laut ihrer Summenformel enthält.

Zusammengefasst: Die molare Masse M einer Verbindung ist gleich der Summe aus den molaren Massen der Elemente multipliziert mit ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Molare Masse und Stoffmenge – chemische Größen in der Stöchiometrie – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Definition der molaren Masse?

Die molare Masse ist die Masse eines Mols einer Substanz, gemessen in Gramm pro Mol (g/mol). Sie ist gleich dem Verhältnis der Masse einer Substanz zur Stoffmenge dieser Substanz.

2. Wie berechnet man die molare Masse eines Elements?

Die molare Masse eines Elements wird berechnet, indem man die Atommasse des Elements in Atomic Mass Units (amu) nimmt und diese in Gramm pro Mol (g/mol) umwandelt. Da die Atommasse eines Atoms direkt in g/mol angegeben wird, entspricht sie der molaren Masse.

3. Was ist die Definition der Stoffmenge?

Die Stoffmenge ist eine Größe, die die Anzahl der Atome, Moleküle oder Ionen in einem Stoff angibt. Sie wird in Mol gemessen.

4. Wie ist der Zusammenhang zwischen molare Masse, Stoffmenge und Masse eines Stoffes?

Die Masse eines Stoffes ist gleich der molaren Masse multipliziert mit der Stoffmenge.

5. Wie können molare Masse und Stoffmenge in der Stöchiometrie verwendet werden?

In der Stöchiometrie werden molare Masse und Stoffmenge verwendet, um die Menge an Reaktanten zu berechnen, die benötigt werden, um eine bestimmte Menge an Produkt zu erzeugen, und um die Menge an Produkt zu berechnen, die aus einer gegebenen Menge an Reaktanten resultieren wird.

6. Was ist das Mol und wie ist es definiert?

Das Mol ist die SI-Einheit der Stoffmenge. Es ist definiert als die Menge eines Stoffes, die ebenso viele Einzelteile enthält, wie Atome in 12 g des Kohlenstoff-Isotops C-12 vorhanden sind, etwa 6.022 x 10^23 Einzelteile.

7. Was ist die Avogadro-Zahl?

Die Avogadro-Zahl (6.022 x 10^23) ist die Anzahl der Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen usw.) in einem Mol eines Stoffes.

8. Wie kann die Stoffmenge berechnet werden, wenn die Masse und die molare Masse eines Stoffes bekannt sind?

Die Stoffmenge kann berechnet werden, indem man die Masse des Stoffes durch seine molare Masse teilt.

9. Wie berechnet man die Masse eines Stoffes, wenn die Stoffmenge und die molare Masse bekannt sind?

Die Masse eines Stoffes kann berechnet werden, indem man die Stoffmenge mit der molaren Masse multipliziert.

10. Was ist Stöchiometrie und wie wird sie in der Chemie angewendet?

Die Stöchiometrie ist das Studium der quantitativen Beziehungen oder Verhältnisse zwischen den Reaktanten und Produkten in chemischen Reaktionen. Sie wird benutzt, um die Mengen der Reaktanten und Produkte in chemischen Reaktionen zu berechnen.