Das menschliche Gehirn hat Schwierigkeiten, sowohl über wirklich große als auch über wirklich kleine Zahlen nachzudenken. Im Chemielabor wird man oft mit beidem konfrontiert.
Angenommen, Sie haben eine einfache Salzlösung, mit der Sie im Labor arbeiten werden. Es ist einfach genug für Sie, die Lösung zu sehen. Es ist klar und wässrig. Aber woher wissen Sie, wie viele einzelne Salzmoleküle in dieser Lösung enthalten sind?
Sie können sich die Lösung nicht nur ansehen und herausfinden. Das Zählen von Molekülen in einer Lösung ist nicht so einfach wie das Zählen von Geleebohnen in einem Glas. Sie können nicht einmal eine Probe der Lösung unter ein Lichtmikroskop nehmen, um zu versuchen, die Moleküle zu sehen. Sie sind einfach zu klein!
Wie können Sie dann erklären, wie viele Salzmoleküle es gibt? Der Schlüssel ist Avogadros Nummer.
Was ist Avogadros Nummer?
In Ihrer Salzlösung können Sie die Moleküle nicht nur nicht sehen, sondern es gibt Tonnen davon. Tatsächlich gibt es so viele, dass es sehr schwierig sein kann, die Anzahl von ihnen wirklich zu verstehen. Sie haben es mit enormen Mengen eines sehr kleinen Teilchens zu tun. Die Chemie erfordert jedoch aus vielen Gründen die Kenntnis der Anzahl der Teilchen, darunter die Vorhersage von Reaktionen und die Herstellung von Lösungen.
Sie müssen die Anzahl der Moleküle und ihr Verhältnis zur Masse kennen, da Sie bei der Herstellung einer Lösung meistens die fragliche Komponente abwiegen. Sie zählen beispielsweise nicht die einzelnen Moleküle, die Sie in einer Salzlösung benötigen. Stattdessen wiegen Sie die Menge des gelösten Stoffes ab, die der gewünschten Molekülanzahl entspricht.
Das Maulwurf ermöglicht eine Brücke zwischen der unergründlichen Welt der Unmengen winziger Moleküle und der Möglichkeit, Stoffe tatsächlich abzuwiegen und damit zu arbeiten. Ein Mol einer Substanz enthält 6.022 x 1023 Partikel dieser Substanz. Das ist Avogadros Nummer.
Ein Maulwurf ist somit eine Sammelnummer. Es ähnelt einer anderen Sammelnummer, mit der Sie vielleicht vertraut sind: ein Dutzend. Ein Dutzend kann sich auf alles beziehen: Ein Dutzend Donuts sind immer zwölf Donuts, und ein Dutzend Flamingos sind immer zwölf Flamingos.
Auf die gleiche Weise wäre ein Maulwurf Donuts 6.022 x 1023 Donuts und ein Maulwurf Flamingos wären 6.022 x 1023 Flamingos. Ein Mol NaCl wäre auch 6,022 x 1023 Moleküle NaCl.
Das Verhältnis zwischen Mol und Masse wird als Molmasse oder als Grammzahl in einem Mol eines Stoffes bezeichnet. Die Molmasse für jedes Element finden Sie unter dem Symbol im Periodensystem.
Beispielsweise beträgt die Molmasse von Kohlenstoff 12,01 g/mol. Dies bedeutet, dass in einem Mol Kohlenstoff 12,01 Gramm Kohlenstoff enthalten sind.
Verwenden der Avogadro-Zahl, um die Anzahl der Moleküle zu berechnen
Angenommen, Sie haben 2 Mol NaCl. Wie viele Moleküle NaCl sind das? Hier können Sie die Nummer von Avogadro verwenden:
Somit enthalten 2 Mol NaCl 1,2 x 1024 Moleküle NaCl.
Was ist, wenn Sie statt 2 Mol 2 bekommen? Gramm von NaCl. Wie viele Moleküle NaCl enthält das?
Um dies herauszufinden, benötigen Sie die Molmasse von NaCl, die 58,44 g/mol beträgt. Rechne zuerst die Gramm mit Hilfe der Molmasse in Mol um und verwende dann die Avogadro-Zahl, um die Anzahl der Moleküle zu ermitteln:
Diese Berechnung sagt Ihnen, dass es 2,1 x 1022 Moleküle NaCl in 2 Gramm NaCl.