Warum ist ein Mol gerade die Stoffmenge von 12 g Kohlenstoff-12?
Es bring jeden Schüler im Chemieunterricht durcheinander im sonst so sinnigen SI-System: Warum ist ein Mol gerade die Stoffmenge von 12 g Kohlenstoff-12? Also ich meine, welchen Grund hatte Herr Ostwald, es gerade auf den Kohlenstoff zu münzen? Wäre es nicht sinnvoller gewesen zu sagen, 1 mol sind 1g Wasserstoff? Oder hab ich da irgend einen Denkfehler...
6 Antworten
Aus dem Internationalen Einheitensystem:
Seit der Entdeckung der grundlegenden Gesetze der Chemie sind zur Angabe der Menge der verschiedenen Elemente oder Verbindungen Einheiten der Stoffmenge benutzt worden, die beispielsweise Namen wie „Grammatom“ und „Gramm-Molekül“ trugen. Diese Einheiten waren unmittelbar mit den „Atomgewichten“ oder „Molekülgewichten“ verknüpft, die in Wirklichkeit relative Massen waren. Die „Atomgewichte“ wurden früher auf das Atomgewicht des chemischen Elementes Sauerstoff bezogen. Während jedoch die Physiker die Isotope im Massenspektrographen trennten und einem der Sauerstoffisotope den Wert zuordneten, ordneten die Chemiker denselben Wert dem (leicht veränderlichen) Gemisch der Isotope zu, das für sie das natürlich vorkommende Element Sauerstoff war. Eine Vereinbarung zwischen der Internationalen Union für reine und angewandte Physik (IUPAP) und der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) beendete diese Dualität. Seitdem haben sich Physiker und Chemiker geeinigt, dem „Atomgewicht“ des Kohlenstoffisotops C12oder um korrekter zu sein, der relativen Atommasse den Wert zuzuordnen. Die so vereinheitlichte Skala gibt die Werte der „relativen Atommassen“ und „relativen Molekülmassen“ an, die jeweils auch unter dem Namen „Atomgewichte“ und „Molekülgewichte“ bekannt sind. Die Größe, die von den Chemikern benutzt wird, um die Menge von Elementen oder chemischen Verbindungen auszudrücken, wird nun „Stoffmenge“ genannt. Definitionsgemäß ist die Stoffmenge proportional zur Anzahl an elementaren Einheiten einer Probe, wobei die Proportionalitätskonstante eine universale Konstante ist, die für alle Proben gleich ist. Die Einheit der Stoffmenge wird Mol genannt, Zeichen mol, und das Mol wird definiert, indem die Masse des Kohlenstoff 12 festgelegt wird, die ein Mol der Atome Kohlenstoff 12 darstellt.
Es wird bereits an neuen Projekten gearbeitet das System zu verbessern, das führende Projekt ist das Avogadroprojekt:
Gerade weil das SI-System so sinnig ist hat man zum 01.01.1961 den früheren Bezug auf das O16 Isotop zu Gunsten des C12 Isotop geändert. Seitdem ist festgelegt, die atomare Einheit beträgt 1/12tel des Kohlenstoffisotop C12 und besitzt die Einheit Dalton (Da), in Deutschland sagt man allerdings u (unit). Wasserstoff besitzt 1,077 u . Würde man deiner Meinung folgen und Wasserstoff H1 den Wert 1 u geben, dann wäre das gesamte System der Atomgewichte von ungeraden Zahlen domíniert. Daneben spielte sicher auch eine Rolle bei den Überlegungen das Kohlenstoff mit Abstand das wichtigste Element in der Chemie ist.
Die Atomare Masseneinheit ist auf der Basis von ¹²C definiert, dessen Kern genau 12amu "wiegt", weil es vermutlich leichter zu wägen ist als Wasserstoff und weil dadurch nicht so viele krumme Zahlen entstehen, als wenn man Wasserstoff genommen hätte.
Dass es die Diskrepanz überhaupt gibt, liegt am sog. Massendefekt:
Wenn eine anziehende konservative Kraft Körper aneinander bindet, so hat jeder im Feld des anderen eine negative potentielle Energie, d.h. man bräuchte Energie, um sie zu trennen. Diese Energie trägt zur Masse bei, nämlich über Δm=E_pot/c².
Natürlich ist das bei Atomkernen nicht die elektrostatische Kraft - sie würde zur Abstoßung führen - sondern eine Art "Ausläufer" der Starken Wechselwirkung, die jedes Nukleon selbst im Inneren zusammenhält.
An dieser liegt es, dass die Kernfusion leichter Atome zu schwereren mit maximal 26 Protonen (das ist Eisen) Energie liefert, wobei ¹²C schon relativ "ausgelutscht" ist. Die Kerne Weißer Zwergsterne sollen größtenteils daraus bestehen, weshalb man auch gelegentlich von weißglühenden Diamanten im Weltall spricht.
Theoretisch kannst du auch Gold nehmen etc.
Wasserstoff finde ich weniger geeignet, denn wenn ich 12,0000g Kohlenstoff abwiegen muss, um dessen Anzahl von Atomen zu "zählen" bzw. bestimmen, dann besteht mein Messfehler vor allem nur in der Technik der Waage, denn Kohlenstoff ist ja fest.
Bei 1g Wasserstoff muss ich auch noch das Gewicht des Ballons rausrechnen, also ist mein Messfehler hier schon mal von Vorne herein grösser.
Wie gesagt, man hätte auch Gold nehmen können, bei 100% Gold (197) hätte man einen hervorragenden Bezugspunkt.
Das ist eine Festlegung, oder Definition. Da kann man nicht "warum" fragen.
Es ergibt eine durchaus sinnvolle Stoffportion. 1 mol Stoff ist meist ein Esslöffel voll von dem Zeug. Man hätte (! hat aber nicht) auch ein anderes Maß festlegen können.
Endlich mal wieder eine Antwort mit Niveau und Sachkenntnis.DH