„Das ist so ungefähr 1 mol.“
„Ein Moll? So wie A-Moll?“[1]
Wer hat schon mal vom Mol gehört? Sicher einige. Und der größte Teil hat es bestimmt wieder vergessen. In der Schulchemie nimmt das Mol nämlich nicht gerade einen hohen Stellenwert ein und im Alltag existiert es praktisch gar nicht. Ich habe es sogar soweit geschafft, von der 8. Klasse bis zur 11. Klasse Chemieunterricht nichts davon gehört zu haben. Erst im Chemieleistungskurs hat es mich überrannt (und trotzdem mag ich an dieser Stelle gerne sagen, dass ich durchgehend sehr guten Chemieunterricht bekommen habe, was, wie sich später an der Uni herausstellte, gar nicht mal so selbstverständlich ist - nicht mal für Leute, die Chemie studieren wollen).
Mol ist eine Einheit. Genau wie Kilogramm, Newton, Meter oder Volt. Doch von was soll es die Einheit sein, wenn man ihr im Alltag konsequent nicht begegnet? Das mag ich heute ansprechen. Und dafür mag ich auch ein bisschen weiter vorne beginnen.
Eine Einheit kennen wir als physikalische Größe. Sie ist fest definiert und bildet so einen Bezugspunkt um Größen miteinander vergleichen zu können. Damals, als man Einheiten noch nach dem Prinzip „was grad da ist und möglichst überall da sein sollte“ definierte (man denke nur an die Elle) waren diese Bezugspunkte noch ein wenig unhandlich, waren sie zum einen recht ungenau und konnte man sie teilweise auch noch auslegen wie man wollte. So ist die Anekdote über den Schneider, der zum Abmessen einer Elle Tuch für seine Kunden immer seine kleine Tochter holte, ein running gag um die Notwendigkeit eines einheitlichen Einheitensystems zu demonstrieren. Heute versucht man sich ein wenig definierterer und in ihrer Größe überall auf der Welt möglichst gleich reproduzierbarer Grundlagen zu bedienen.
Das in Deutschland verwendete Einheitensystem ist das Internationalen Einheitensystem (Système international d’unités, deswegen auch die Abkürzung SI-Einheit). Sie unterscheidet die Basiseinheiten und die zusammengesetzten Einheiten. Es gibt insgesamt sieben Basiseinheiten, die nicht weiter durch andere Einheiten dargestellt werden können. Alle anderen leiten sich von ihnen ab. Diese Basiseinheiten sind
Da ist Newton natürlich schneller auszusprechen und zu schreiben.
So selbstverständlich für den Chemiker das Mol ist, so ist lustigerweise das Mol auch die Einheit mit der sich viele Physiker (und Mediziner und Ingenieure und so ziemlich alle, die mit Chemie nicht viel am Hut haben) am schwersten tun. Denn Mol ist eine nur in der Chemie relevante Größe und meistens ist auch nur Chemikern klar, warum sie so sinnvoll ist.
Die Dimension Stoffmenge ist auch nicht jedermann geläufig. Viele stellen sich darunter ein Volumen oder eine Masse vor, doch die Stoffmenge beschreibt eine Anzahl an Teilchen und dabei ist es egal ob wir gerade von Atomen oder Molekülen reden, selbst Elektronen können diese Teilchen sein. Die Anzahl an Teilchen, selbst in kleinsten Mengen, kann enorm sein. Gehen wir von 12 g Kohlenstoff aus. Diese 12 g enthalten - haltet euch fest - 6,022 ∙ 1023 Teilchen. Ausgeschrieben:
Und das sind nur 12 g. Der Chemiker interessiert sich durchaus für die Anzahl an Teilchen, aber jetzt wird auch klar, warum er auf Teufel komm raus nicht mit der Anzahl arbeiten wird. Die Gefahr ist viel zu groß, dass man sich vertippt, verschreibt und verrechnet. Die bloße Anzahl ist also völlig unhandlich. Was der Chemiker also macht, ist sich eine handlichere Größere zu überlegen. So ist ein Mol definiert als die Anzahl der Teilchen in 12 g Kohlenstoff (die wiederum nur aus dem Isotop 12C bestehen, also nur aus Kohlenstoffatomen, deren Kerne aus 6 Protonen und 6 Neutronen aufgebaut sind). Das sind ungefähr 6,02214179 ∙ 1023 Teilchen. Das Mol ist also recht klein und beim Rechnen erheblich leichter zu gebrauchen.
Nun leuchtet es zwar ein, warum Chemiker eine eigene Einheit brauchen, aber trotz allem stellt sich die Frage: Das Mol hat jetzt zwar einen kleineren Zahlenwert, beschreibt aber immer noch eine immense Anzahl an Teilchen, und wer kann sich schon 1023 Teilchen vorstellen? Irgendwo ist die Einheit also immer noch unhandlich. Auf molekularer Ebene interessiert es doch viel mehr, was ein Teilchen macht. Das Schöne am Mol ist, dass es auch das beschreiben kann, denn seine volle Brauchbarkeit entfaltet das Mol anhand chemischer Reaktionsgleichungen.
Nehmen wir die Redoxgleichung des Aluminiums und der Silberionen:
Wenn man nur von der Gleichung ausgeht kann man sagen: Es gibt ein Aluminiumatom je ein Elektronen an drei Silberionen ab und man erhält ein Aluminiumion und drei Silberatome. Man kann aber auch sagen: Ein Mol Aluminium und drei Mol Silberionen ergeben ein Mol Aluminiumionen und drei Mol Silberatome. Jetzt hat die theoretische Reaktionsgleichung einen Bezug von der molekularen (Mindestanzahl an Teilchen) zur makroskopischen Ebene (irre viele Teilchen) bekommen. Man kann weiter aus den Molen die Massen bestimmen, die nötig sind um eine vollständige Umsetzung zu erhalten, da man die Masse eines Aluminium- und eines Silberatoms kennt.
Gleichzeitig kennt man wegen der Reaktionsgleichung auch das Verhältnis in dem man Aluminiumatome und Silberionen zusammengeben muss, hier 1:3[2], das heißt, auch wenn ich gerade nicht 3 mol Silberionen habe, sondern vielleicht nur 1,5 mol, kann ich berechnen, wie viele Aluminiumatome ich bräuchte, nämlich 0,5 mol. Ist also im Grunde nichts anderes als lustige 7.-Klasse-Mathematik, sprich Dreisatzrechnen.
Warum ist das überhaupt so wichtig?
Man kann natürlich eine der Substanzen in einem riesigen Überschuss hineingeben und darauf warten, dass man ein Produkt erhält. Das habe ich letztens beim Silbersaubermachen ja auch getan. Ich habe ein wenig Schmuck mit minimalsten Ablagerungen Silbersulfid und eine vergleichsweise riesige Menge an Aluminiumfolie zusammengegeben. Aber da kümmert es mich auch nicht wirklich, da Alufolie nicht gerade zu den teuersten Dingen zählt, die man kaufen kann. Doch stellen wir uns vor, man steht als Chemiker im Labor und möchte zum Beispiel ein Medikament herstellen. Die Ausgangssubstanzen können durchaus 100, 200 Euro (und mehr) pro Gramm (!) kosten. Es da einfach auf einen riesigen Überschuss ankommen zu lassen, wäre schlicht zu teuer und höchst ineffizient. Wer könnte sich denn da noch Medikamente leisten (sowohl herzustellen als auch zu kaufen)? Und man denke nur an all den Müll, der entsteht und der wiederum recycled und entsorgt werden muss. Welch eine Verschwendung wäre das und wie gut, dass man dem ein wenig entgegenwirken kann.
Anmerkungen:
[1]Zitat wohlgemerkt. Die Aussprache ist aber verschieden. Während das musikalische Moll sich mit einem kurzen o wie in Schloss ausspricht, hat das chemische Mol ein langes o wie in Floß.
[2]Wir ignorieren alle Nebenreaktionen, denn sie können Auswirkungen auf das Verhältnis haben.
„Ein Moll? So wie A-Moll?“[1]
Wer hat schon mal vom Mol gehört? Sicher einige. Und der größte Teil hat es bestimmt wieder vergessen. In der Schulchemie nimmt das Mol nämlich nicht gerade einen hohen Stellenwert ein und im Alltag existiert es praktisch gar nicht. Ich habe es sogar soweit geschafft, von der 8. Klasse bis zur 11. Klasse Chemieunterricht nichts davon gehört zu haben. Erst im Chemieleistungskurs hat es mich überrannt (und trotzdem mag ich an dieser Stelle gerne sagen, dass ich durchgehend sehr guten Chemieunterricht bekommen habe, was, wie sich später an der Uni herausstellte, gar nicht mal so selbstverständlich ist - nicht mal für Leute, die Chemie studieren wollen).
Mol ist eine Einheit. Genau wie Kilogramm, Newton, Meter oder Volt. Doch von was soll es die Einheit sein, wenn man ihr im Alltag konsequent nicht begegnet? Das mag ich heute ansprechen. Und dafür mag ich auch ein bisschen weiter vorne beginnen.Eine Einheit kennen wir als physikalische Größe. Sie ist fest definiert und bildet so einen Bezugspunkt um Größen miteinander vergleichen zu können. Damals, als man Einheiten noch nach dem Prinzip „was grad da ist und möglichst überall da sein sollte“ definierte (man denke nur an die Elle) waren diese Bezugspunkte noch ein wenig unhandlich, waren sie zum einen recht ungenau und konnte man sie teilweise auch noch auslegen wie man wollte. So ist die Anekdote über den Schneider, der zum Abmessen einer Elle Tuch für seine Kunden immer seine kleine Tochter holte, ein running gag um die Notwendigkeit eines einheitlichen Einheitensystems zu demonstrieren. Heute versucht man sich ein wenig definierterer und in ihrer Größe überall auf der Welt möglichst gleich reproduzierbarer Grundlagen zu bedienen.
Das in Deutschland verwendete Einheitensystem ist das Internationalen Einheitensystem (Système international d’unités, deswegen auch die Abkürzung SI-Einheit). Sie unterscheidet die Basiseinheiten und die zusammengesetzten Einheiten. Es gibt insgesamt sieben Basiseinheiten, die nicht weiter durch andere Einheiten dargestellt werden können. Alle anderen leiten sich von ihnen ab. Diese Basiseinheiten sind
- das Kilogramm (kg, Einheit der Masse),
- der Meter (m, Einheit der Länge),
- die Sekunde (s, Einheit der Zeit),
- das Ampere (A, Einheit der Stromstärke),
- das Kelvin (K, Einheit der Temperatur, also nicht das Grad Celsius!),
- die Candela (cd, Einheit der Lichtstärke) und eben auch
- das Mol (mol, Einheit der Stoffmenge).
N = kg ∙ m /s2.
Da ist Newton natürlich schneller auszusprechen und zu schreiben.
So selbstverständlich für den Chemiker das Mol ist, so ist lustigerweise das Mol auch die Einheit mit der sich viele Physiker (und Mediziner und Ingenieure und so ziemlich alle, die mit Chemie nicht viel am Hut haben) am schwersten tun. Denn Mol ist eine nur in der Chemie relevante Größe und meistens ist auch nur Chemikern klar, warum sie so sinnvoll ist.
Die Dimension Stoffmenge ist auch nicht jedermann geläufig. Viele stellen sich darunter ein Volumen oder eine Masse vor, doch die Stoffmenge beschreibt eine Anzahl an Teilchen und dabei ist es egal ob wir gerade von Atomen oder Molekülen reden, selbst Elektronen können diese Teilchen sein. Die Anzahl an Teilchen, selbst in kleinsten Mengen, kann enorm sein. Gehen wir von 12 g Kohlenstoff aus. Diese 12 g enthalten - haltet euch fest - 6,022 ∙ 1023 Teilchen. Ausgeschrieben:
602 200 000 000 000 000 000 000 Teilchen.
Und das sind nur 12 g. Der Chemiker interessiert sich durchaus für die Anzahl an Teilchen, aber jetzt wird auch klar, warum er auf Teufel komm raus nicht mit der Anzahl arbeiten wird. Die Gefahr ist viel zu groß, dass man sich vertippt, verschreibt und verrechnet. Die bloße Anzahl ist also völlig unhandlich. Was der Chemiker also macht, ist sich eine handlichere Größere zu überlegen. So ist ein Mol definiert als die Anzahl der Teilchen in 12 g Kohlenstoff (die wiederum nur aus dem Isotop 12C bestehen, also nur aus Kohlenstoffatomen, deren Kerne aus 6 Protonen und 6 Neutronen aufgebaut sind). Das sind ungefähr 6,02214179 ∙ 1023 Teilchen. Das Mol ist also recht klein und beim Rechnen erheblich leichter zu gebrauchen.
Nun leuchtet es zwar ein, warum Chemiker eine eigene Einheit brauchen, aber trotz allem stellt sich die Frage: Das Mol hat jetzt zwar einen kleineren Zahlenwert, beschreibt aber immer noch eine immense Anzahl an Teilchen, und wer kann sich schon 1023 Teilchen vorstellen? Irgendwo ist die Einheit also immer noch unhandlich. Auf molekularer Ebene interessiert es doch viel mehr, was ein Teilchen macht. Das Schöne am Mol ist, dass es auch das beschreiben kann, denn seine volle Brauchbarkeit entfaltet das Mol anhand chemischer Reaktionsgleichungen.
Nehmen wir die Redoxgleichung des Aluminiums und der Silberionen:
Al + 3 Ag+ → Al3+ + 3 Ag
Wenn man nur von der Gleichung ausgeht kann man sagen: Es gibt ein Aluminiumatom je ein Elektronen an drei Silberionen ab und man erhält ein Aluminiumion und drei Silberatome. Man kann aber auch sagen: Ein Mol Aluminium und drei Mol Silberionen ergeben ein Mol Aluminiumionen und drei Mol Silberatome. Jetzt hat die theoretische Reaktionsgleichung einen Bezug von der molekularen (Mindestanzahl an Teilchen) zur makroskopischen Ebene (irre viele Teilchen) bekommen. Man kann weiter aus den Molen die Massen bestimmen, die nötig sind um eine vollständige Umsetzung zu erhalten, da man die Masse eines Aluminium- und eines Silberatoms kennt.
Gleichzeitig kennt man wegen der Reaktionsgleichung auch das Verhältnis in dem man Aluminiumatome und Silberionen zusammengeben muss, hier 1:3[2], das heißt, auch wenn ich gerade nicht 3 mol Silberionen habe, sondern vielleicht nur 1,5 mol, kann ich berechnen, wie viele Aluminiumatome ich bräuchte, nämlich 0,5 mol. Ist also im Grunde nichts anderes als lustige 7.-Klasse-Mathematik, sprich Dreisatzrechnen.
Warum ist das überhaupt so wichtig?
Man kann natürlich eine der Substanzen in einem riesigen Überschuss hineingeben und darauf warten, dass man ein Produkt erhält. Das habe ich letztens beim Silbersaubermachen ja auch getan. Ich habe ein wenig Schmuck mit minimalsten Ablagerungen Silbersulfid und eine vergleichsweise riesige Menge an Aluminiumfolie zusammengegeben. Aber da kümmert es mich auch nicht wirklich, da Alufolie nicht gerade zu den teuersten Dingen zählt, die man kaufen kann. Doch stellen wir uns vor, man steht als Chemiker im Labor und möchte zum Beispiel ein Medikament herstellen. Die Ausgangssubstanzen können durchaus 100, 200 Euro (und mehr) pro Gramm (!) kosten. Es da einfach auf einen riesigen Überschuss ankommen zu lassen, wäre schlicht zu teuer und höchst ineffizient. Wer könnte sich denn da noch Medikamente leisten (sowohl herzustellen als auch zu kaufen)? Und man denke nur an all den Müll, der entsteht und der wiederum recycled und entsorgt werden muss. Welch eine Verschwendung wäre das und wie gut, dass man dem ein wenig entgegenwirken kann.
Anmerkungen:
[1]Zitat wohlgemerkt. Die Aussprache ist aber verschieden. Während das musikalische Moll sich mit einem kurzen o wie in Schloss ausspricht, hat das chemische Mol ein langes o wie in Floß.
[2]Wir ignorieren alle Nebenreaktionen, denn sie können Auswirkungen auf das Verhältnis haben.
mhh... also eigentlich ist das mol eine si-basiseinheit und wird im alltag relativ häufig benutzt. Womit du allerdings recht hast, ist der schlechte chemieunterricht an den schulen. viele unis regen sich über die hohen abbrecherquoten auf, dabei müsst man einfach schon in der schule einen anständigen unterricht anbieten.
AntwortenLöschenWo trifft man denn im Alltag auf das Mol? O,o (Ehrlich, ich hab es noch nie anders gebraucht als explizit für chemische Praktika, deswegen habe ich diese Einleitung gewählt.)
AntwortenLöschenVon schlechtem Chemieunterricht habe ich inzwischen Alpträume. Hauptsächlich deshalb, weil ich inzwischen einige Lehramtsstudenten kenne. Ein paar sind natürlich sehr gut, aber wiederum andere... sagen wir, Chemielehrer muss ein wirklich sehr aussichtsreicher Beruf sein. ;)