Da Atome und Moleküle extrem klein sind, gibt es in jeder makroskopischen Probe eine große Anzahl von ihnen. Der 1 cm3 Quecksilber, von dem in der Einführung zu den Molen die Rede ist, würde zum Beispiel 4,080 x 1022 Quecksilberatome enthalten, und der 3,47 cm3 Brom würde doppelt so viele (8,160 x 1022) Bromatome enthalten. Die sehr großen Zahlen, die mit der Zählung mikroskopischer Teilchen verbunden sind, sind unangenehm zu denken oder aufzuschreiben. Daher haben sich Chemiker dafür entschieden, Atome und Moleküle in einer Einheit namens Mol zu zählen. Ein Mol (abgekürzt Mol) sind 6,022 x 1023 der mikroskopischen Teilchen, aus denen der betreffende Stoff besteht. So werden 6,022 x 1023 Br-Atome als 1 mol Br bezeichnet. Die 8,160 x 1022 Atome in der Probe, die wir besprochen haben, wären
Die Idee, eine große Zahl als Einheit zu verwenden, um zu messen, wie viele Objekte wir haben, gibt es nicht nur bei Chemikern. Eier, Doughnuts und viele andere Dinge werden im Dutzend verkauft – eine Einheit von zwölf Stück. Kleinere Gegenstände, wie z. B. Bleistifte, können in Einheiten von 144 Stück, d. h. brutto, bestellt werden, und Papier wird in Riese verpackt, von denen jeder 500 Blatt enthält. Ein Chemiker, der sich auf 0,1355 mol Br bezieht, ist einem Buchhändler sehr ähnlich, der 2½ Dutzend Sweatshirts, 20 Bruttobrutto Bleistifte oder 62 Riese Papier bestellt.
Es gibt jedoch einen Unterschied im Grad, weil die Einheit des Chemikers, 6,022 x 1023, so groß ist. Ein Papierstapel, der ein Mol Blätter enthält, würde sich mehr als eine Million Mal über die Entfernung von der Erde zur Sonne erstrecken, und 6,022 x 1023 Sandkörner würden das gesamte Land der Welt bis zu einer Tiefe von fast 2 Fuß bedecken. Offensichtlich gibt es sehr viele Teilchen in einem Mol von irgendetwas.
Warum haben Chemiker eine so ungewöhnliche Zahl wie 6,022 x 1023 als Einheit gewählt, um die Anzahl der Atome oder Moleküle zu zählen? Sicherlich wäre eine schöne runde Zahl leichter zu merken. Die Antwort ist, dass die Anzahl der Gramm in der Masse von 1 mol Atomen eines beliebigen Elements das Atomgewicht dieses Elements ist. Zum Beispiel enthält 1 Mol Quecksilberatome nicht nur 6,022 x 1023 Atome, sondern seine Masse von 200,59 g erhält man, indem man die Einheit Gramm zur Tabelle der Atomgewichte hinzufügt. Einige andere Beispiele sind
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Hier und in den folgenden Berechnungen werden die Atomgewichte auf zwei Dezimalstellen gerundet, es sei denn, wie im Fall von H würden weniger als vier signifikante Stellen übrig bleiben.
Die Masse eines Moleküls kann auch aus den Atomgewichten ermittelt werden. So wie ein Dutzend Eier ein Dutzend Eiweiß und ein Dutzend Eigelb hat, enthält ein Mol CO-Moleküle ein Mol C-Atome und ein Mol O-Atome.
Die Masse eines Mols CO ist also
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Das Molekulargewicht von CO (28,01), ausgedrückt in Gramm, ist die Masse eines Mols CO. Einige andere Beispiele sind in Tabelle \(\PageIndex{1}\).
| Molekül | Molekulargewicht | Masse von 1 Mol der Moleküle |
|---|---|---|
| Br2 | 2(79.90) = 159.80 | 159.80 g |
| O2 | 2(16.00) = 32.00 | 32.00 g |
| H2O | 2(1.008) + 16 = 18.02 | 18.02 g |
| HgBr2 | 200.59 + 2(79.90) = 360.39 | 360.39 g |
| Hg2Br2 | 2(200.59) + 2(79.90) = 560.98 | 560.98 g |
Es ist wichtig, anzugeben, auf welche Art von Teilchen sich ein Mol bezieht. Ein Mol Br-Atome hat zum Beispiel nur halb so viele Atome (und eine halb so große Masse) wie ein Mol Br2-Moleküle. Es ist besser, nicht von einem Mol Brom zu sprechen, ohne anzugeben, ob man 1 Mol Br oder 1 Mol Br2 meint.
Beitragende und Zuschreibungen
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Ed Vitz (Kutztown University), John W. Moore (UW-Madison), Justin Shorb (Hope College), Xavier Prat-Resina (University of Minnesota Rochester), Tim Wendorff und Adam Hahn.