Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Atom- und Molekülmassen werden meistens in Vielfachen der atomaren Massen- einheit angegeben. Um Verwechslungen zu vermeiden, bezeichnet man sie als rela- tive Atom -, bzw. Molekülmassen (Symbol A r , bzw. M r ; engl.: atomic/molecular weight ). Die relative Atommasse ist proportional zur Anzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern und ist daher für reine Isotope näherungsweise eine ganze Zahl. (Eine kleine Abweichung ergibt sich, weil die Neutronen eine etwas größere Masse als die Protonen haben.) Die folgende Tabelle gibt die gerundeten relativen Atommassen einiger Elemente an: Element Symbol A r Element Symbol A r Wasserstoff H 1,0 Sauerstoff O 16,0 Helium He 4,0 Chlor Cl 35,5 Kohlenstoff C 12,0 Blei Pb 207,0 Stickstoff N 14,0 Uran U 238,0 Anmerkung: Der Wert bei Chlor (und anderen Elementen) ergibt sich als Mittelwert: Chlor tritt in der Natur als Gemisch von zwei Isotopen, 35 Cl und 37 Cl , im Verhältnis 3 : 1 auf. (Rechne nach!) Damit können wir beispielsweise die relative Molekülmasse des Wassermoleküls H 2 O als Summe der relativen Atommassen der Molekülbestandteile berechnen: M r = 1 +1 +16 = 18. Die erste ungefähre Bestimmung der Größe von Molekülen gelang 1865 dem österreichischen Physiker J OSEF L OSCHMIDT ( 77.1 ). Die ungefähre Molekülgröße lässt sich mit dem Experiment 13.1 finden. Heute kann man die Größe von Atomen z. B. mit einem Rastertunnelmikroskop bestimmen ( 77.2 ). Es ergibt sich: Die Durchmesser der Atome liegen zwischen 10 −10 m und 5 · 10 −10 m. Das Mol und die Avogadro’sche Konstante Mit der relativen Molekülmasse kann man das Mol als nützliches Maß für die Menge eines chemischen Stoffes definieren: 1 Mol einer Substanz mit der relativen Molekülmasse M r enthält M r Gramm der Substanz. Welchen Vorteil bringt dieses neue Maß? 1 Mol eines Stoffes enthält unabhängig von der Substanz immer die gleiche Anzahl von Molekülen! Ihre Anzahl lässt sich leicht berechnen. Wir betrachten Kohlenstoff 12 C : Die Masse eines 12 C -Atoms beträgt 12u = 12 · 1,66 · 10 −27 kg . 1 mol 12 C hat eine Masse von 12 g . Die Anzahl der Atome in 1 mol ergibt sich daher zu N A = 12g ___ 12 · 1,66 · 10 –27 kg = 1 __ 1,66 · 10 –24 ≈ 6 · 10 23 N A wird Avogadro’sche Konstante genannt, sie ist eine Naturkonstante. Benannt ist sie nach dem italienischen Physiker A MEDEO A VOGADRO (1776–1856), der 1811 die Hypothese aufstellte, dass gleiche Volumina von Gasen bei gleichem Druck gleich viele Teilchen enthalten. 1 Mol einer Substanz enthält stets 6 · 10 23 Teilchen (Atome, bzw. Moleküle). Das Mol ist die SI-Einheit für die Menge einer Substanz, die aus einer einzigen Sorte von Teilchen besteht. Untersuche, überlege, forsche: Veranschaulichung eines Mols 77.1 W 1 Wie groß muss ein Becher mindestens sein, um 1 mol Wasser zu fassen? Stell dir vor, du könntest die Moleküle im Becher markieren. Anschließend würdest du dieses Mol Wasser gleichmäßig in den Weltmeeren (Volumen ca. 1,4·10 9 km 3 ) ver- teilen und schließlich 1 Liter heraus schöpfen. Wie viele markierte Moleküle könnte man darin finden? 77.1 J OSEPH L OSCHMIDT (1821–1895) war viele Jahre an der Universität Wien tätig. Er bestimmte die Größe der Luftmoleküle und die Zahl der Teilchen pro Kubikzentimeter. Dadurch wurde er ein Pionier des Atomismus. 77.2 Oberfläche eines Siliciumkristalls mit einzelnen Atomen, aufgenommen mittels Rastertunnelmikroskop. 77.3 Wieviele Moleküle aus dem Glas findest du nach dem Verteilen in den Ozeanen in einem Liter Meerwasser? 77 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv