Gramm pro Mol
Um 6,022·10²³ Wassermoleküle abzumessen, zählt ein Chemiker sie nicht. Er wiegt 18,015 g ab. Diese Zahl ist die molare Masse: wie viele Gramm ein Mol eines Stoffes wiegt. Bei Kochsalz sind es 58,44 g/mol, bei Zucker 342,3, bei Hämoglobin etwa 64 500.
Die molare Masse setzt sich nach der Formel des Moleküls aus den Atommassen zusammen. Die Atommassen misst ein Massenspektrometer: Ein Magnet trennt die Ionen nach ihrer Masse, schwere fliegen auf einem flacheren Bogen. Die SI-Einheit ist kg/mol, doch im Labor schreibt man g/mol. So stimmt die Zahl mit der Masse des Moleküls in Dalton überein.
| Zeichen | g/mol · im SI kg/mol |
| Definition | M = m / n — Masse eines Stoffes geteilt durch seine Stoffmenge |
| Bezugswerte | M(¹²C) = 12,000 000 012 6 g/mol · M_u = 1,000 000 001 05 g/mol |
| Eingeführt | Gramm-Atomgewichte — seit dem neunzehnten Jahrhundert · kg/mol — seit der Aufnahme des Mols ins SI, 1971 |
| Normen | ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · CIAAW 2021 |
| Typische Werte | 18,015 g/mol — Wasser · 180,16 — Glucose · 64 500 — Hämoglobin |
01 · Definition
Die Masse eines Mols
Nehmen Sie einen Stoff und teilen Sie seine Masse durch die Stoffmenge in Mol. Das ergibt die molare Masse M. Für einen reinen Stoff ist sie konstant. 9 g Wasser sind 0,5 mol, 36 g sind 2 mol, und das Verhältnis ist immer 18,015 g/mol.
Berechnet wird sie aus der Formel des Moleküls. Die Atommasse jedes Elements entnimmt man der IUPAC-Tabelle, multipliziert sie mit der Zahl der Atome und addiert alles. Atommassen sind Mittelwerte über das natürliche Isotopengemisch. Deshalb hat Chlor 35,45 und keine ganze Zahl.
Bauen Sie ein Molekül und wiegen Sie ein Mol
Die Kugeln sind die Atome des Moleküls, ihre Größe wächst mit der Atommasse. Der Streifen darunter zeigt dieselbe Masse in Teilen: welcher Anteil der molaren Masse auf jedes Element entfällt. Schwarz ist Kohlenstoff, Blau Wasserstoff, Grün Stickstoff, Karminrot Sauerstoff, Grau Chlor.
Was ins Spektrometer fliegt
Jede Wabe zeigt die Skelettformel eines Stoffes aus dem Versuch. Ecken und Linienenden sind Kohlenstoffatome, die Wasserstoffatome daran werden nicht gezeichnet, ein Doppelstrich ist eine Doppelbindung. Stickstoff ist grün markiert, Sauerstoff karminrot. Die grüne Zahl unter der Formel ist die molare Masse in g/mol. In der Mitte steht Koffein: Ein blauer Funke läuft um seine Ringe.
Ein Magnet trennt Ionen nach ihrer Masse
In der Mitte ein Massenspektrometer im Schnitt. Der Dampf des Stoffes gelangt in die Quelle, ein glühender Faden schlägt Elektronen aus den Molekülen, die Spannung U beschleunigt die Ionen. Im Magnetfeld B fliegt ein Ion auf einem Bogen mit dem Radius r = √(2mU/e) / B: Je schwerer es ist, desto flacher der Bogen. Die blauen gestrichelten Linien sind Strahlen von Ionen verschiedener Masse, ihre Helligkeit zeigt den Anteil solcher Moleküle in der Natur. Die Auffächerung der Strahlen ist in der Zeichnung 8-fach vergrößert, sonst würden benachbarte Massen zu einem Bogen verschmelzen. In den Kollektorspalt gelangt nur der Strahl, dessen Radius genau 200 mm beträgt, und der Kollektor leuchtet karminrot auf. Das Feld ändert sich langsam, und auf dem Bildschirm rechts wird das Spektrum als karminrote Linie aufgezeichnet; der blaue Strich ist die Masse, die gerade am Spalt steht. Unter dem Bildschirm steht eine Waage: Auf sie wird genau ein Mol des Stoffes gelegt. Das Pult links zeigt die molare Masse und den Modus des Geräts. Ein Klick auf das Spektrometer stellt das Feld auf den höchsten Peak, ein Klick auf die Waage legt ein Mol auf. Wenn 20 s lang nichts berührt wird, laufen die Versuche von selbst.
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02 · Umrechnung
| {n} | {v} | {note} |
Dalton und g/mol ergeben dieselbe Zahl, sind aber verschiedene Größen. Das Dalton ist die Masse eines Moleküls, g/mol die Masse eines Mols. Seit 2019 stimmen die Zahlen nicht mehr exakt überein: Nach CODATA 2022 weichen sie um 1,05·10⁻⁹ ab, weit jenseits der Möglichkeiten jeder Waage.
In Ingenieurtabellen findet man kg/kmol und lb/lb-mol. Die Zahl ist dieselbe wie bei g/mol: Ein Kilomol ist tausendmal größer als ein Mol, ein Kilogramm ebenso. Ein Pfund-Mol sind 453,59 mol.
03 · Größenordnungen
04 · Messgeräte
05 · Schreibregeln
06 · Benachbarte Einheiten
07 · Historischer Teil
Die Atommasse eines Elements hängt davon ab, wo die Probe genommen wurde. Wasserstoff aus Meerwasser und aus Erdgas enthält unterschiedlich viel Deuterium. Deshalb gibt die CIAAW für Wasserstoff ein Intervall an, 1,007 84–1,008 11, gerechnet wird mit dem konventionellen Wert 1,008. Darum ist die molare Masse von Wasser nur bis zur fünften Stelle genau.
Die Skala selbst beruht auf Kohlenstoff-12. Bis 2019 war M(¹²C) per Definition genau 12 g/mol. Seit das Mol über die Avogadro-Konstante definiert ist, wird dieser Wert gemessen: Nach CODATA 2022 beträgt er 12,000 000 012 6 g/mol mit einer Unsicherheit von 3,7·10⁻⁹ g/mol. Ein Chemiker bemerkt diesen Unterschied nicht.
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Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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