Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste H5 102 Ersetzt man bei Atomen, Molekülen oder Formeleinheiten die Masseneinheit u durch Gramm, so erhält man ein Mol eines Reinstoffes. Diese Definition bewirkt, dass die Berechnung der »Stückzahl« der Atome, Moleküle oder Formeleinheiten in der »Packung« Mol immer zum gleichen Ergebnis führt: Es ergibt sich angenähert der Kehrwert der Masse des Protons oder Neutrons. Jedes Mol besteht aus ca. 6 . 10 23 Atomen, Molekülen oder Formeleinheiten. Diese Zahl – ca. 6 . 10 23 pro Mol – bezeichnet man als Avogadrozahl N A . Es gibt viele Möglichkeiten, die ungeheure Größe von N A zu veranschaulichen: Man kann sich zB eine Maschine vorstellen, die pro Sekunde 1 000 Moleküle abzählt. Sie schafft in einer Stunde 3,6 . 10 3 . 10 3 Stück und in einem Jahr 3,65 . 10 2 . 2,4 . 10 1 . 3,6 . 10 3 . 10 3 oder angenähert 3 . 10 10 Stück. Wenn die Maschine 13 . 10 9 Jahre zählt – das vermutliche Alter unseres Universums –, so erreicht sie die Zahl von ca. 3 . 10 20 , etwa 1 / 2 Promille eines Mols. Denkt man sich ein Maßband quer durch das Universum gelegt, so wird die Größe von N A ebenfalls verdeutlicht. Bei einer gleichmäßigen Verteilung von 6 . 10 23 Molekülen auf dieser Strecke bleibt zwischen ihnen ungefähr 1 Meter frei, denn der Durchmesser des heute bekannten Weltalls beträgt ca. 10 24 Meter. Die astronomisch große Zahl der Atome pro Mol zeigt auch wie winzig sie sind: Die Erdkugel verhält sich zu einem Tennisball wie ein Tennisball zu einem Kupferatom. Folgendes Experiment ist leicht durchführbar: Mit einer Wasserstrahlpumpe wird ein Glaskolben fast vollständig evakuiert. Anschließend werden verschiedene Gase, zB N 2 , O 2 oder CO 2 , ohne Überdruck eingeleitet und die Massenzunahme bestimmt. Es zeigt sich, dass von jedem Gas gleich viele Mole in dem Gefäß Platz haben. Anders ausgedrückt: Ein Mol eines beliebigen Gases besitzt ein Volumen von 22,4 Litern bei Normalbedingungen (0 °C und 1013 hPa). Das bedeutet, dass jedes Molekül nahezu den gleichen Raumanteil beansprucht. Seine Größe und Masse spielen dabei keine Rolle. Schon 1811 formulierte Amadeo Avogadro (1776–1856) die Hypothese, dass alle gleich großen Gasvolumina gleich viele Moleküle enthalten. Dem österreichischen Physiker Joseph Loschmidt (1821–1895) gelang es als Erstem, die Anzahl der Moleküle in einem Gasvolumen näherungsweise zu ermitteln. Der Zusammenhang zwischen Gasvolumen und Molzahl zeigt sich bei Reaktionen von Gasen, zB bei der Elektrolyse des Wassers (siehe H3): Es bildet sich volumsmäßig immer doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff entsprechend der Reaktionsgleichung 2 H 2 O 2 H 2 + 1 O 2 . Amadeo Avogadro (1776–1856) Joseph Loschmidt (1821–1895) = Masse eines Stücks = = Masse der »Packung« Stückzahl pro Mol Masse eines Mols Masse eines Atoms, Moleküls oder einer Formeleinheit = 6 . 10 23 ~~ 1 g Summe Atommassen . g Summe Atommassen . u 1 g 1,67 . 10 –24 g 1 u = = Nur zu Prüfzwecken – Eigentum r des Verlags öbv