Bei der Analyse von Lösungen messen Chemiker die Konzentrationen von Komponenten in Mol. Der Molenbruch eines gelösten Stoffes ist das Verhältnis der Molzahl dieses gelösten Stoffes zur Gesamtzahl der Mole des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels in Lösung. Da es sich um ein Verhältnis von Mol zu Mol handelt, ist der Molenbruch eine dimensionslose Zahl und natürlich immer kleiner als eins.
Die Molenbruchformel ist einfach. In jeder Lösung beträgt der Molenbruch des gelösten Stoffes A:
\text{Molbruch von A} = \frac{\text{Mol von A}}{\text{Gesamtmol}}
und der Molenbruch des Lösungsmittels:
\text{Molbruch des Lösungsmittels} = \frac{\text{Mol Lösungsmittel}}{\text{Gesamtmol}}
In einigen Situationen wird Ihnen die Anzahl der Mole möglicherweise nicht direkt mitgeteilt. Sie können es berechnen, wenn Sie die chemischen Formeln der Verbindungen und deren Gewichte oder Volumina kennen. Um dies zu tun, hilft es zu wissen, was ein Maulwurf ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Molenbruchformel für eine Lösung mit einem oder mehreren gelösten Stoffen lautet: Molenbruch von jedem gelöster Stoff = Anzahl der Mole dieses gelösten Stoffes geteilt durch die Gesamtzahl der Mole aller gelösten Stoffe und die and Lösungsmittel.
Definition eines Maulwurfs
Jedes Element im Periodensystem hat eine charakteristische Masse, und dadurch hat auch jede Verbindung eine charakteristische Masse. Auf atomarer Ebene wird die Masse in atomaren Masseneinheiten gemessen, aber Chemiker brauchen eine Möglichkeit, die Masse in makroskopischen Begriffen auszudrücken. Zu diesem Zweck definieren sie ein Mol eines Elements oder einer Verbindung als Avogadro-Zahl (6.022 × 1023) von Atomen oder Molekülen. Die Masse dieser vielen Teilchen, gemessen in Gramm, entspricht der Molekülmasse, gemessen in atomaren Masseneinheiten.
Die Definition eines Mols ist somit die Masse einer beliebigen Verbindung, gemessen in Gramm, die den Massen der Komponentenelemente, gemessen in atomaren Masseneinheiten, entspricht. Um die Anzahl der Mole einer Verbindung zu berechnen, die Sie zur Hand haben, teilen Sie die Masse durch die Masse eines Mols der Verbindung, die Sie aus dem Periodensystem berechnen können.
Verwenden der Molenbruchgleichung
Die Molenbruchformel ist besonders einfach zu verstehen und anzuwenden, wenn Sie die Molzahl aller gelösten Stoffe und des Lösungsmittels kennen. Angenommen, Sie haben 2 Mol Tetrachlorkohlenstoff (CCl4), 3 Mol Benzol (C6H6) und 4 Mol Aceton (C3H6Ö). Die Gesamtzahl der Mole in Lösung beträgt 9. Die Molenbruchgleichung sagt Ihnen, dass der Molenbruch von Tetrachlorkohlenstoff 2/9 = 0,22 beträgt. In ähnlicher Weise beträgt der Molenbruch von Benzol 3/9 = 0,33 und der Molenbruch von Aceton 4/9 = 0,44.
Komplizierter wird es, wenn man nur die Masse einer oder mehrerer Komponenten einer Lösung kennt, aber nur wenig mehr. Alles, was Sie tun müssen, ist, die Masse der Komponente in die Anzahl der Mole umzurechnen, und das ist eine einfache arithmetische Aufgabe, solange Sie die chemische Formel kennen.
Beispielaufgabe für Molenbruch
Angenommen, Sie lösen 77 Gramm Tetrachlorkohlenstoff (CCl4) in 78 Gramm Aceton (C3H6Ö). Wie hoch sind die Stoffmengenanteile der einzelnen Verbindungen in der Lösung?
Widerstehen Sie dem Drang, die Masse von Tetrachlorkohlenstoff durch die von Aceton zu teilen. Da sie fast gleich sind, würde das Ergebnis für jede Verbindung 0,5 betragen, und dies würde für Aceton ein falsches Ergebnis ergeben. Zuerst müssen Sie die Massen in die Anzahl der Mole jeder Verbindung umrechnen und dazu die Atommassen jedes der Elemente im Periodensystem nachschlagen.
Die Atommasse von Kohlenstoff beträgt 12,0 amu (auf eine Dezimalstelle gerundet) und die von Chlor 35,5 amu, also wiegt ein Mol Tetrachlorkohlenstoff 154 Gramm. Sie haben 77 Gramm, das sind 77/154 = 0,5 Mol.
Wenn man bedenkt, dass die Atommasse von Wasserstoff 1 amu und die von Sauerstoff 16 amu beträgt, beträgt die Molmasse von Aceton 58 Gramm. Sie haben 78 Gramm, das sind 1,34 Mol. Das bedeutet, dass die Gesamtzahl der Mole in Lösung 1,84 beträgt. Jetzt können Sie Molenbrüche mit der Molenbruchgleichung berechnen.
\text{Molbruch von Tetrachlorkohlenstoff}=\frac{0,5\text{ Mol}}{1,84\text{ Mol}}=0,27\\\text{ }\\\text{ Molenbruch von Aceton}=\frac{ 1,34\text{ Mol}}{1,84\text{ Mol}}=0,73