Stoffmenge

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Mit Stoffmenge bezeichnet man eine quantitative Mengenangabe für Stoffe, besonders in der Chemie. Die Stoffmenge ist dabei weder Masse, noch Teilchenzahl, sondern im Internationalen Einheitensystem (SI) durch willkürliche Vereinbarung als Basisgröße eigener Art festgelegt. Das bedeutet, sie ist nicht durch die anderen Basisgrößen des SI darstellbar. Die Einheit der Stoffmenge ist das Mol, eine SI-Basiseinheit. Bei Verwendung des Mol müssen die zugrunde gelegten Teilchen genau spezifiziert sein; es können auch gedachte Bruchstücke realer Teilchen (z. B. 1/4 eines Moleküls oder Ions) - sog. "Äquivalentteilchen" oder kurz "Äquivalente" - sein, so dass die veraltete Einheit Val für Äquivalentgewichte ohne weitere Änderungen durch das Mol abgelöst wird. Viele Einzelheiten hierzu stehen in der deutschen Norm DIN 32625.

Die Stoffmenge n_X eines Reinstoffes X ist festgelegt als der Quotient aus der Masse m_X einer Stoffportion des Reinstoffes und seiner molaren Masse M_X:

<math>n_{\mathrm{X}} = { m_{\mathrm{X}}\over M_{\mathrm{X}}}</math>

Berechnung der Stoffmenge in Mol

Die Berechnung der Stoffmenge erfolgt

• ... aus der Masse:

Die Berechnung aus der Masse ist über die oben angegebene Definition möglich.

Beispiel: Die molare Masse von Wasser beträgt 18 Gramm pro Mol. 9 Gramm Wasser entsprechen damit einer Stoffmenge von 0,5 Mol.

<math>n_{\mathrm{H_2O}} = \frac{m_{\mathrm{H_2O}}}{M_{\mathrm{H_2O}}} = \mathrm{ 9 \;g \over {18\;{g \over mol}}} = \mathrm{0,\!5~mol} </math>

• ...aus dem Volumen:

Bei Gasen lässt sich verhältnismäßig leicht die Stoffmenge aus dem Volumen bestimmen, da ein Mol eines beliebigen Gases bei Normalbedingungen in Näherung ein Volumen von 22,4 Litern einnimmt. Dieses Volumen bezeichnet man als molares Normvolumen (Molvolumen): V_m = 22,4 l/mol.

Beispiel: Wie viel Mol sind 5 l Sauerstoff?

<math>n_{\mathrm{O_2}} = {V_{\mathrm{O_2}} \over {V_m}} = {{5 \, \mathrm{l}} \over {22{,}4 {\mathrm{l \over mol}}}} = 0,22 \, \mathrm{mol}</math>

• ... aus der Teilchenzahl:

Da ein Mol einer Teilchenanzahl von 6,0221367 · 10²³ (Avogadrozahl/Loschmidt-Zahl N_A) entspricht, kann man aus der Anzahl der Teilchen die Stoffmenge berechnen.

Beispiel: Gegeben sind N = 10²⁵ Teilchen.

<math>n = \frac{N}{N_A} = \frac{10^{25}}{6{,}022 \cdot 10^{23} \; \mathrm{mol}^{-1}} = 16{,}606 \; \mathrm{mol}</math>

• ...aus der Molarität:

Da die Molarität c_X (mol/l) ein Konzentrationsmaß für Lösungen darstellt, das die Stoffmenge eines Stoffes X in Beziehung zum Volumen V der Lösung stellt, kann man diese auch auf die Stoffmenge zurück rechnen.

Beispiel: Wieviel Mol Natriumchlorid sind in einer 0,6 molaren NaCl-Lösung mit einem Volumen von 0,22 Litern?

<math>n_{\mathrm{NaCl}} = c_{\mathrm{NaCl}} \cdot V = 0{,}6 \; \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}} \cdot 0{,}22 \; \mathrm{l} = 0{,}132 \; \mathrm{mol}</math>

• ...aus der Molalität:

Da die Molalität b_X (mol/kg) ein Konzentrationsmaß für Lösungen darstellt, das die Stoffmenge eines Stoffes X in Beziehung zur Masse m_L der Lösung L stellt, kann man diese auch auf die Stoffmenge zurück rechnen.

Beispiel: Wieviel Mol Ethanol sind in einer 1,4 molalen C₂H₅OH-Lösung mit einer Masse von 0,6 Kilogramm?

<math>n_{\mathrm{C_2H_5OH}} = b_{\mathrm{C_2H_5OH}} \cdot m_{\mathrm{L}} = 1{,}4 \; \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{kg}} \cdot 0{,}6 \; \mathrm{kg} = 0{,}84 \; \mathrm{mol}</math>

Stoffmengenkonzentrationen

Mit Hilfe der Einheit Mol werden Stoffkonzentrationen definiert: Molarität (mol/l) und Molalität (mol/kg). Diese lassen sich, wie oben gezeigt, auch wieder auf die Stoffmenge zurück führen.

Die Konzentration eines Stoffes muss deshalb in mol/l oder mol/kg angegeben werden, weil die Masse allein eine nicht so große Rolle spielt wie die Anzahl der Teilchen. So ist bei Säuren der pH-Wert von der Anzahl der H⁺-Ionen pro Liter abhängig.

Siehe auch: Stoffmengenanteil, Massenanteil, Volumenanteil, Stöchiometrie