Das Mol und die Stoffmenge leicht erklärt
Wer im Baumarkt tausend Schrauben braucht, zählt sie nicht ab. Er stellt sie auf die Waage, denn der Verkäufer weiß, wie viel eine Schraube wiegt. Genau dieses Problem hat die Chemie, nur eine Milliarde mal schlimmer: Reaktionen laufen zwischen einzelnen Teilchen ab, aber niemand kann Atome abzählen. Man kann sie nur wiegen. Das Mol ist die Brücke zwischen beidem - es übersetzt eine Masse, die man auf der Waage sieht, in eine Teilchenzahl, die man in der Reaktionsgleichung braucht.
Ein Mol ist dabei nichts anderes als ein Zählwort, so wie Dutzend oder Paar. Ein Dutzend Eier sind zwölf Eier, ein Mol Teilchen sind 6,022 × 1023 Teilchen. Diese Zahl heißt Avogadro-Konstante und wird mit NA abgekürzt. Sie ist absurd groß, weil Atome absurd klein sind: Erst bei dieser Menge kommt etwas zusammen, das man in der Hand halten kann.
Die Masse eines Mols steht im Periodensystem: Es ist genau die Atommasse, nur in Gramm statt in atomaren Masseneinheiten. Deshalb muss man sie nie auswendig lernen - man liest sie ab.
Diese molare Masse M ist der praktische Kern der ganzen Sache. Für ein Element liest man sie direkt aus dem Periodensystem ab: Kohlenstoff 12,01 g/mol, Sauerstoff 16,00 g/mol, Eisen 55,85 g/mol. Für eine Verbindung addiert man die Werte der beteiligten Atome. Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, also 2 × 1,01 + 16,00 = 18,02 g/mol. Kochsalz aus Natrium und Chlor kommt auf 22,99 + 35,45 = 58,44 g/mol. Mehr steckt nicht dahinter, es ist reine Addition.
Mit der molaren Masse wird aus der Waage ein Teilchenzähler. Wiegt man 9 Gramm Wasser ab, so ergibt 9 ÷ 18,02 rund 0,5 mol. Multipliziert man diese halbe Stoffmenge mit der Avogadro-Konstante, kommt man auf etwa 3,0 × 1023 Wassermoleküle - in einem knappen Esslöffel. Umgekehrt funktioniert es genauso: Wer 0,25 mol Kochsalz für einen Versuch braucht, rechnet 0,25 × 58,44 und wiegt 14,6 Gramm ab.
Richtig wichtig wird die Stoffmenge bei Reaktionsgleichungen. Die Zahlen vor den Formeln sind nämlich keine Massenverhältnisse, sondern Teilchenverhältnisse - und damit Stoffmengenverhältnisse. In der Gleichung 2 H2 + O2 → 2 H2O reagieren zwei Mol Wasserstoff mit einem Mol Sauerstoff. In Gramm sieht das völlig unsymmetrisch aus: 4 Gramm Wasserstoff verbinden sich mit 32 Gramm Sauerstoff. Wer mit Massen statt mit Stoffmengen rechnet, bekommt an dieser Stelle immer ein falsches Ergebnis. Der übliche Weg im Unterricht lautet deshalb: gegebene Masse in Stoffmenge umrechnen, mit dem Verhältnis aus der Gleichung multiplizieren, das Ergebnis wieder in Gramm zurückrechnen.
Bei Gasen gibt es eine bequeme Abkürzung. Weil in einem Gas die Teilchen weit auseinanderliegen, spielt ihre Größe kaum eine Rolle - ein Mol eines beliebigen Gases nimmt bei 0 °C und normalem Luftdruck immer denselben Raum ein, nämlich 22,4 Liter. Dieses molare Volumen gilt für Wasserstoff genauso wie für Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid. Ein Mol Sauerstoff wiegt 32 Gramm, ein Mol Wasserstoff nur 2 Gramm - beide füllen trotzdem denselben Ballon.
💬 Mia fragt Opa Theo
Warum nimmt man so eine krumme Zahl? 10 hoch 23 wäre doch runder.
Weil die Zahl nicht ausgedacht, sondern angepasst ist. Man wollte, dass ein Mol Kohlenstoff genau 12 Gramm wiegt - passend zur Zahl im Periodensystem. Erst daraus ergab sich, wie viele Teilchen das sind. Die krumme Zahl ist der Preis dafür, dass die Massen im Periodensystem schön glatt bleiben.
Ist ein Mol Eisen dann schwerer als ein Mol Wasser, weil mehr drin ist?
Nein, es ist genau gleich viel drin - dieselbe Anzahl Teilchen. Nur ist ein einzelnes Eisenatom eben schwerer als ein einzelnes Wassermolekül. Stell dir eine Kiste mit hundert Tischtennisbällen und eine mit hundert Golfbällen vor: gleich viele Bälle, sehr verschiedenes Gewicht.
Und wozu brauche ich das in der Klassenarbeit?
Für jede Aufgabe, in der eine Masse vorkommt und eine Reaktionsgleichung. Der Weg ist immer derselbe: Gramm durch molare Masse ergibt Mol, dann das Verhältnis aus der Gleichung anwenden, dann mal molare Masse zurück in Gramm. Wenn du diesen Dreischritt kannst, kannst du fast alle Rechenaufgaben der Mittelstufe.
Ein Mol Reiskörner klingt harmlos, ist aber unvorstellbar. Ein Reiskorn wiegt etwa 0,02 Gramm; 6,022 × 1023 Körner wiegen damit rund 1,2 × 1019 Kilogramm - das Zweimillionenfache der Masse aller Menschen zusammen. Über die Landfläche der Erde verteilt ergäbe das eine Reisschicht von mehreren Kilometern Höhe. Und trotzdem passt ein Mol Wasser in einen Esslöffel. Genau dieser Größenunterschied zeigt, wie winzig Atome und Moleküle sind - und warum die Chemie überhaupt eine eigene Zähleinheit brauchte.
Woher die Massen im Periodensystem stammen, erklärt Atombau und Periodensystem. Wie aus Atomen Verbindungen werden, deren molare Masse man addieren kann, steht in Die chemische Bindung. Und warum ein Mol Gas immer 22,4 Liter füllt, wird verständlicher mit Die drei Aggregatzustände.
Merksatz für die Klassenarbeit: Das Mol zählt Teilchen, die Waage misst Gramm, und die molare Masse übersetzt zwischen beiden. Steht in einer Aufgabe eine Reaktionsgleichung, wird immer in Mol gerechnet - nie in Gramm.
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