Zusammenhang Mol und Unit?

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Die Situation ist schon ein bißchen komisch: Man hat zwei Einheiten, die weitgehend das­selbe tun, denselben Zahlenwert haben und trotzdem verschieden sind. Eigentlich sollte man das so umdefinieren, dass man nur eine Einheit braucht, aber noch nie­mand hatte die richtige Idee, und daher brauchen wir fürs erste beide.

In der Chemie hat man es gewöhnlich nicht mit einzelnen Molekülen zu tun, sondern mit großen Haufen davon. Ich will also auf eine Stoffportion blicken und sagen kön­nen: Das sind 0.5 mol meines Stoffes. Klar könnte man auch sagen, daß man 3·10²³ Teilchen auf dem Tisch liegen hat, aber das macht keinen rechten Spaß.

In der Praxis kann man die Stoffmenge nicht gut messen (Abzählen würde funk­tio­nie­ren, aber…), meist wiegt man Stoffportionen ab. Daher braucht man die molare Masse, um die Masse in die Stoffmenge umrechnen zu können.

Die molare Masse ist aber völlig unnütz, wenn man es mit einzelnen Atomen oder Molekülen zu tun hat. Das kommt in der Chemie manchmal vor (Massen­spektro­metrie), und in der Physik noch öfter. Da muß man sagen können, wie schwer ein Atom ist. Und so kommt das u ins Spiel. Klar könnte man einfach alle Massen in kg angeben, aber in der Praxis wäre das unendlich lästig.

Mol ist letztendlich nur eine Zahl. Weil man es in der Chemie nunmal mit sehr, sehr vielen Atomen zu tun hat, und die Zahlen sonst sehr groß werden würden.

Ähnlich wie bei Kilometern... Man könnte selbstverständlich auch sagen: Meine Oma wohnt in Hamburg, das ist 800.000m weg. Und auf der Landstraße darf man 100.000m/h schnell fahren. Einfacher wird es, wenn man sagt, man rechnet einfach in tausendern, also in Kilometern. Dann ist Hamburg 800km weg und man darf auf der Landstraße 100km/h fahren. Viel handlichere Zahlen.

Genau so kann mans auch mit Atomen machen... man könnte natürlich immer, wenn man mit 12g Kohlenstoff rechnet, schreiben dass das 6,022*10^23 Atome sind. Oder man denkt sich ne Abkürzung aus, und sagt, dass man der Zahl 6,022*10^23 einen Namen gibt. Und dieser Name ist eben: Mol.

Dank dieser Zahl können wir mit Atomzahlen rechnen, die eine "greifbare" Menge darstellen. 1mol Wasserstoffatome wiegen zusammen 1g, 1mol Kohlenstoffatome wiegen zusammen 12g. Und da wären wir schon bei der molaren Masse: Die sagt einfach, wie viel 1mol dieser Atome wiegt.

Aber warum muss 1mol unbedingt diese krumme Zahl sein? Ganz einfach: Es ist sehr praktisch, dass es genau diese Zahl ist. Weil du fast 1:1 von der Molmasse auf die Atommasse umrechnen kannst, wenn man diese Atommasse nicht in der SI-Einheit kg angibt, sondern ihr auch eine sinnvolle Größe gibt. Diese Einheit, in der Atommassen (also das Gewicht von einzelnen Atomen), nennt man Unit. Definitionsgemäß ist das einfach 1/12 des Gewichts eines Kohlenstoffatoms. Demnach wiegt 1 Kohlenstoffatom 12u... und 1mol Kohlenstoffatome wiegen 12g. Merkst du was? Geht auch mit anderen Atomen: 1 Sauerstoff-Atom wiegt 16. Die molare Masse von Sauerstoff-Atomen ist 16g.

Wozu brauchst du das? Nun, weil Chemie leider doch ziemlich viel Rechnerei ist. Wenn du Chemie betreiben wolltest a la "ich gieße diesen Stoff in jene Flüssigkeit und gucke mal, was passiert", dann bist du ein paar Jahrhunderte zu spät dran.

Es werden bald Aufgaben kommen wie "wie viele Atome sind in einem Ast, der aus 30kg Kohlenstoff und 20kg Wasser besteht?". Später dann: "Wenn ich bei einer Knallgasreaktion 10mL Wasser produzieren will, wie viel Sauerstoff brauche ich dann, und wie viel Wärme wird dabei frei?". Theoretisch geht das auch, indem man einfach bei den Atomen mit sehr großen Zahlen und bei den Atommassen mit sehr kleinen Zahlen rechnet... aber das tut keiner, schlichtweg weils viel einfacher geht.

In Frankreich kann man Austern dutzendweise kaufen (z.B. ein halbes Dutzend). Das sind 6 Stück. Man kauft nicht 7 oder 3. So ähnlich ist es bei den Chemikern. Schließlich reagieren bei chemischen Reaktionen einzelne Teilchen miteinander. Diese Teilchen sind aber sehr klein, so dass man sehr viele davon braucht, wenn es einen Sinn haben soll. Sehr viel heißt hier: 6,23 * 10^23. Das ist die hübsche Zahl 6 mit 23 Nullen dahinter. Diese Portion ist 1 mol, also eine Mengenangabe, ähnlich wie das Dutzend (12 Stück).

Wenn man nun 1 Teilchen wiegen will, so ist das auch wieder schwierig. Man wiegt also besser 1 mol Teilchen. Das ist dann wieder die molare Masse mit der Einheit Gramm pro Mol (g/mol). Die Masse eines Teilchens davon ist also genau der 6,23*10^23ste Teil davon. Dies gibt man in Units (u) an. Damit man nicht viel rechnen muss ist es der gleiche Zahlenwert aber mit der kleinen Einheit.

Beispiel:

Kohlenstoff: molare Masse 12 g/mol; Masse eines C-Atoms: 12 u

Danke für dein Kommentar unter meiner Antwort. Ich wollte allerdings darauf hinweisen, dass ich nicht von der Atommasseneinheit gesprochen habe, sondern bei der Enzymeinheit (unit, U) war. War vermutlich nicht was der Fragesteller wissen wollte, aber trotzdem nicht falsch.

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