Mol



Physikalische Einheit
Einheitenname Mol
Einheitenzeichen \({\displaystyle \mathrm {mol} }\)
Physikalische Größe(n) Stoffmenge
Formelzeichen \({\displaystyle n}\)
Dimension \({\displaystyle {\mathsf {N}}}\)
System Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten Basiseinheit
Benannt nach Molekül

Das Mol (Einheitenzeichen: mol) ist die SI-Einheit der Stoffmenge. Sie dient unter anderem der Mengenangabe bei chemischen Reaktionen.

Ein Mol eines Stoffes enthält definitionsgemäß genau 6.02214076e23 Teilchen[1] (Avogadro-Konstante). Das sind etwa 602 Trilliarden Teilchen. Dabei kann es sich um Atome, Moleküle, Elektronen oder andere Teilchen handeln.

Teilchenzahl und Stoffmenge sind einander direkt proportional; jede dieser beiden Größen kann daher als Maß für die andere dienen.

Inhaltsverzeichnis

Definition


Seit der Revision des Internationalen Einheitensystems durch die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wird das Mol über die Avogadro-Konstante definiert. Die Avogadro-Konstante wurde dabei zu \({\textstyle N_{\text{A}}=6{,}022\,140\,76\cdot 10^{23}\ \mathrm {mol} ^{-1}}\) festgelegt, ein Mol eines Stoffes enthält also genau \({\textstyle 6{,}022\,140\,76\cdot 10^{23}}\) Teilchen. Die Teilchenart muss dabei angegeben werden, es kann sich um Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder andere Teilchen handeln.[2][1]

Alte Definition bis 19. Mai 2019

Zuvor war das Mol definiert als die Stoffmenge eines Systems, das aus ebenso vielen Einzelteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des Isotops Kohlenstoff-12 (12C) enthalten sind. 1 mol 12C-Atome hatte also definitionsgemäß eine Masse von 12 g. (Ein Mol Atome natürlichen Kohlenstoffs hingegen hat aufgrund der Beimischung anderer Isotope eine Masse von ca. 12,0107 g.)

Die atomare Masseneinheit (u) war und ist bis heute definiert als 112 der Masse des 12C-Atoms. Daher hatte 1 mol von Atomen oder Molekülen der Teilchenmasse X u definitionsgemäß die Masse X g. Heute gilt dies nur noch näherungsweise.

Nach der alten Definition war die Zahl der Teilchen in einem Mol (Avogadro-Konstante NA) eine Messgröße und mit einer Unsicherheit belastet. Nach der neuen Definition der Avogadro-Konstante ist die Teilchenzahl in einem Mol exakt festgelegt, dafür ist die Masse von 1 mol 12C jetzt eine Messgröße. Der nunmehr exakte Wert von NA wurde so gewählt, dass er möglichst genau mit dem Wert nach der alten Definition übereinstimmte.

Geschichte


Der Begriff „Mol“ wurde 1893 von Wilhelm Ostwald geprägt und ist vermutlich von „Molekül“ abgeleitet. Im SI wurde 1971 das Mol als Basiseinheit eingeführt. Damit wurde der Anwendungsbereich des SI auf die Chemie ausgedehnt. Vor Etablierung des SI wurde das Mol überwiegend als Masseneinheit angesehen. Ältere Bezeichnungen sind Grammatom (nur bei Elementen) und Grammmolekül (nur bei Verbindungen). So heißt es in DIN 1310 „Gehalt von Lösungen“ vom April 1927: „Als Masseneinheiten dienen […] das Mol, d. h. soviel Gramm des Stoffes, wie sein Molekulargewicht angibt […]“. Allerdings wurde durch die Anwendung des Molekular„gewichts“ hier eine Stoffmasse – keine Stoffmenge heutiger Sicht – beschrieben und als „Stoffmenge“ bezeichnet. In der heutigen Mol-Definition des SI hingegen wird die Stoffmenge von Teilchenzahl und Masse formal klar unterschieden.

Auf der 14. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) wurde 1971 das Mol auf nachdrücklichen Wunsch der IUPAC, unterstützt durch die IUPAP[3] in das SI aufgenommen und zur Basiseinheit erklärt.[4] Auf der vorangegangenen CGPM 1967 hatte der Antrag noch keine Mehrheit gefunden.[5]

Dezimale Vielfache


Gebräuchliche dezimale Teile und Vielfache des Mols sind:

Bezeichnung Einheit Faktor Vielfaches Anmerkung
Megamol Mmol 106 1000000 mol entspricht 1.000.000 Mol
Kilomol kmol 103 1000 mol entspricht 1000 Mol
Millimol mmol 10−3 0,001 mol entspricht einem Tausendstel Mol
Mikromol μmol 10−6 0,001 mmol entspricht einem Millionstel Mol (einem Tausendstel Millimol)
Nanomol nmol 10−9 0,001 μmol entspricht einem Milliardstel Mol (einem Millionstel Millimol)
Picomol pmol 10−12 0,001 nmol entspricht einem Billionstel Mol (einem Milliardstel Millimol)

Molares Volumen


Das molare Volumen eines Stoffes ist eine stoffspezifische Eigenschaft, die angibt, welches Volumen ein Mol eines Stoffes ausfüllt. Für ein ideales Gas gilt, dass ein Mol bei Normalbedingungen (273,15 K, 101325 Pa) ein Volumen von 22,414 Liter einnimmt. Für reale Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten ist das molare Volumen dagegen stoffabhängig.

Molare Masse


Die molare Masse \({\displaystyle M}\) ist der Quotient aus Masse und Stoffmenge eines Stoffs. In der Einheit g/mol hat sie denselben Zahlenwert[6] wie die Atom- bzw. Molekülmasse des Stoffs in der Einheit \({\displaystyle u}\) (atomare Masseneinheit). Ihre Bedeutung ist äquivalent zum früheren „Atomgewicht“ in der Chemie.

Berechnung von Stoffmengen


Zur Berechnung wird folgende Formel verwendet: \({\displaystyle n={\frac {m}{M}}}\)

Dabei bezeichnet \({\displaystyle n}\) die Stoffmenge, \({\displaystyle m}\) die Masse und \({\displaystyle M}\) die molare Masse. \({\displaystyle M}\) kann für chemische Elemente Tabellenwerken entnommen und für chemische Verbindungen bekannter Zusammensetzung aus solchen Werten errechnet werden.

Die atomare Masse, die für jedes chemische Element in Tabellen angegeben wird, bezieht sich dabei auf das natürliche Isotopengemisch. So ist zum Beispiel als Atommasse für Kohlenstoff 12,0107 u angegeben. Dieser Wert gilt nicht bei anderen Isotopenverhältnissen, etwa bei mit 13C angereichertes Material. Während bei stabilen Elementen die Abweichungen von Isotopenmischungen, wie sie in der Natur vorkommen, relativ gering sind, kann insbesondere bei radioaktiven Elementen das Isotopengemisch stark von der Herkunft und dem Alter des Materials abhängen.

Verwendung der Einheit Mol bei Konzentrationsangaben


Die Einheit Mol findet häufig Verwendung in zusammengesetzten Einheiten zur Angabe von Konzentrationen (Salzgehalt von Lösungen, Säuregehalt von Lösungen usw.). Eine der häufigsten Verwendungen ist die x-molare Lösung (das x steht darin für eine beliebige rationale positive Zahl).

Beispiel
Eine 2,5-molare A-Lösung enthält 2,5 mol des gelösten Stoffes A in 1 Liter der Lösung.
Siehe dazu auch: Stoffmengenkonzentration

Beispiele


Masse von 1 mol Helium

Masse von 1 mol Wasser

Nimmt man statt der Zahl der Nukleonen die genaueren Atommassen, ergibt sich ein leicht höherer Wert von 18,015 g.

Herstellung von Lithiumhydroxid aus Lithium und Wasser

\({\displaystyle \mathrm {2\,Li+2\,H_{2}O\rightarrow 1\,H_{2}+2\,LiOH} }\)

Bei der Bildung von LiOH werden zwei Wassermoleküle von zwei Lithiumatomen in jeweils einen H- und einen OH-Teil aufgespalten. Weil in jedem Mol von jeder Substanz gleich viele Teilchen vorhanden sind, braucht man für 1 mol Lithiumhydroxid 1 mol Lithium und 1 mol Wasser, in Massen umgerechnet: 6,94 g Lithium und 18 g Wasser reagieren zu 1 g Wasserstoff und 23,94 g Lithiumhydroxid.

Literatur


Weblinks


Einzelnachweise


  1. a b Resolution 1 of the 26th CGPM (2018). In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (englisch).
  2. SI Brochure: The International System of Units (SI). (PDF) BIPM, 2019, S. 136, abgerufen am 28. Januar 2021 (englisch, 9th edition – Im Dialog "Text in English" wählen).
  3. Tagungsbericht der 14. Generalkonferenz für Maß und Gewicht , 1971, Seite 55 (französisch)
  4. Resolution 3 of the 14th CGPM (1971). In: bipm.org. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (englisch).
  5. Tagungsbericht der 13. Generalkonferenz für Maß und Gewicht , 1967, Seite 71 (französisch)
  6. bis zum 19. Mai 2019 exakt per Definition; seit der Neudefinition des Mol mit einer Abweichung von < 10−9









Kategorien: SI-Basiseinheit | Stoffmengeneinheit




Stand der Informationen: 28.04.2021 09:11:33 CEST

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