Atomzahl und Molzahl: Das Beispiel Saccharose

Eine der Grundfertigkeiten der Stöchiometrie besteht in der Unterscheidung zwischen den Begriffen Atomzahl und Molzahl. Beide Konzepte sind eng miteinander verbunden und ihr Verständnis ist sowohl für die korrekte Durchführung von Berechnungen als auch für die korrekte Interpretation der Informationen in vielen Chemie- und Biochemietexten unerlässlich.

Was ist ein Atom?

Wenn wir von Atomen sprechen, beziehen wir uns auf die kleinsten Einheiten, aus denen ein bestimmtes chemisches Element besteht und die dennoch die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften haben . Atome sind kleine Teilchen, die von einem noch kleineren Kern gebildet werden, in dem wir positiv geladene Protonen und Neutronen finden können; Sie sind auch von einer Reihe negativ geladener Elektronen umgeben.

Diese Atome sind die gleichen chemischen Atome, die wir im Periodensystem finden und die wir auf dem Papier durch ihre jeweiligen chemischen Symbole darstellen. Wir können zum Beispiel von Wasserstoffatomen oder Kohlenstoffatomen sprechen, in diesem Fall beziehen wir uns auf die Teilchen, aus denen das Element Wasserstoff oder Kohlenstoff besteht und die durch die Symbole H bzw. C dargestellt werden.

die Moleküle

Wenn sich zwei oder mehr Atome durch kovalente Bindungen verbinden, werden neue diskrete Einheiten, sogenannte Moleküle, gebildet. Genauso wie Atome durch ihr chemisches Symbol dargestellt werden, werden Moleküle durch die Summenformel dargestellt, die eine Liste von Symbolen für alle Atome ist, aus denen sie bestehen, wobei Indizes die Anzahl der Atome jedes Elements angeben, aus denen das Molekül besteht gegenwärtig.

Beispiel für ein Molekül: Saccharose

Als Beispiel für ein Molekül können wir Saccharose betrachten. Diese Verbindung ist ein Disaccharid, das durch die Vereinigung eines Glucosemoleküls und eines Fructosemoleküls gebildet wird und die Molekularformel C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ hat . Seine Struktur ist unten dargestellt:

Wie viele Atome hat Saccharose?

Jetzt, da wir verstehen, was Atome und was Saccharose sind, und wir auch die Summenformel der letzteren kennen, können wir einige einfache stöchiometrische Beziehungen zwischen Saccharose und den darin enthaltenen Atomen herstellen:

• Saccharose enthält drei verschiedene Arten von Atomen, nämlich Kohlenstoff- (C), Wasserstoff- (H) und Sauerstoffatome (O).
• Jedes Saccharosemolekül enthält genau 12 Kohlenstoffatome.
• Ein Saccharosemolekül enthält genau 22 Wasserstoffatome.
• Jedes Saccharosemolekül enthält genau 11 Sauerstoffatome.
• Insgesamt enthält jedes Saccharosemolekül genau 45 Atome.

Neben diesen Beziehungen zwischen einem Saccharosemolekül und den darin enthaltenen Atomen können wir noch weitere stöchiometrische Beziehungen aufstellen:

• In einer Saccharoseprobe kommen auf 12 Kohlenstoffatome 22 Wasserstoffatome.
• Saccharose enthält 11 Sauerstoffatome für jeweils 12 Kohlenstoffatome.
• Auf 22 Wasserstoffatome in Saccharose kommen auch 11 Sauerstoffatome.

Jedes dieser Verhältnisse kann verwendet werden, um stöchiometrische Berechnungen in Bezug auf Saccharose durchzuführen. Darüber hinaus kann dieselbe Analyse mit jeder Substanz durchgeführt werden, deren Summenformel wir kennen.

Was ist ein Maulwurf?

Der Mol ist die Einheit des internationalen Systems, um die Menge an Materie auszudrücken . Wenn wir zum Beispiel sagen, dass wir ein Mol Stickstoff haben, drücken wir implizit aus, wie viele Atome dieses Elements wir haben. Denn wenn wir von Maulwürfen sprechen, meinen wir Avogadros Zahl von etwas. Das heißt, der Maulwurf ist ein Vielfaches, das die Anwesenheit oder Existenz von 6,022 x 10 ²³ Einheiten von etwas anzeigt . Bei diesem Ding kann es um alles Mögliche gehen, obwohl es sich im Kontext der Wissenschaft normalerweise auf Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder einfach nur Teilchen im Allgemeinen bezieht.

Mit anderen Worten, der Maulwurf ist nichts weiter als eine Zahl; eine sehr große zwar, aber immerhin eine ganze Menge. Tatsächlich entspricht das Konzept eines Maulwurfs dem eines Dutzends, ein Begriff, der 12 bedeutet. Wir können sagen, dass das Dutzend zu 12 gehört, wie der Maulwurf zu Avogadros Zahl.

Das Konzept des Maulwurfs wurde von Avogadro erfunden, um eine Skala von Atomgewichten relativ zum Gewicht eines Atoms des 12-Isotops des Elements Kohlenstoff festzulegen. Es wurde ursprünglich als die Anzahl der Kohlenstoffatome definiert, die in genau 12 Gramm einer vollständig reinen Probe von Kohlenstoff-12 vorhanden sind. Jahre später wurde festgestellt, dass diese Zahl gleich 6.022 x 10 ²³ war , und nachfolgende experimentelle Bestimmungen verfeinerten diese Zahl allmählich. Um jedoch zu vermeiden, dass eine der Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems von der Genauigkeit der experimentellen Messungen abhing und daher jedes Mal, wenn eine bessere Messung erzielt wurde, eine Modifikation erfuhr, wurde sie auf genau 6,02214076 x 10 23 neu ^definiert .

Die Bedeutung des Maulwurfs

Der Maulwurf ist eine sehr praktische Einheit der Materiemenge, da er es uns ermöglicht, die Anzahl der Atome in makroskopischen Materieproben (die immer extrem große Zahlen sind) in kleineren, handlicheren Zahlen auszudrücken.

Andererseits können dank der Tatsache, dass die Verhältnisse zwischen den verschiedenen chemischen Elementen, aus denen eine chemische Verbindung besteht, festgelegt sind, alle stöchiometrischen Verhältnisse, die wir in Bezug auf Atome, Moleküle oder Ionen festlegen können, mit denselben Zahlen in festgelegt werden ausgedrückt als Mole von Atomen, Molen von Molekülen oder Molen von Ionen.

Richtiger und falscher Gebrauch des Maulwurfs

Es ist üblich, dass Chemiestudenten ein wenig verwirrt sind, wenn sie zum ersten Mal auf Muttermale stoßen. Diese Verwirrung ist in den meisten Fällen auf eine falsche Verwendung des Begriffs beim Ausdrücken stöchiometrischer Beziehungen zurückzuführen. Denken wir daran, dass der Maulwurf nichts anderes ist als eine Zahl, die zählt, wie viele Einheiten von etwas es gibt; Wenn wir also über Maulwürfe sprechen, müssen wir genau angeben, was wir zählen.

Stellen wir uns für einen Moment vor, dass eine Person zu einer anderen sagt: „Ich habe ein Dutzend“. Die zweite Person wird sofort Zweifel haben und fragen: ein Dutzend von was?

Dasselbe gilt für Maulwürfe. Wenn wir zu einem Chemiker sagen „jeder Liter Lösung enthält 3 Mol“, wird der Chemiker sofort wissen wollen, wovon 3 Mol? Gelöst? Von Lösungsmittel? Von der Auflösung?

Wie viele Mol sind in Saccharose?

Nachdem wir das Obige geklärt haben, können wir jetzt die gleichen stöchiometrischen Beziehungen, die wir zuvor in Bezug auf Atome und Moleküle geschrieben haben, jetzt jedoch in Bezug auf Mole aufstellen. Diese Beziehungen sind:

• 1 Mol Saccharosemoleküle enthält genau 12 Mol Kohlenstoffatome.
• 1 Mol Saccharosemoleküle enthält genau 22 Mol Wasserstoffatome.
• Jedes Mol Saccharosemoleküle enthält genau 11 Mol Sauerstoffatome.
• Insgesamt enthält jedes Mol Saccharose 45 Mol Atome.
• In jeder Saccharoseprobe kommen auf 12 Mol Kohlenstoffatome 22 Mol Wasserstoffatome.
• Saccharose enthält 11 Mol Sauerstoffatome pro 12 Mol Kohlenstoffatome.
• Für jeweils 22 Mol Wasserstoff in Saccharose gibt es auch 11 Mol Sauerstoff.

In diesen Beispielen können wir feststellen, dass es in vielen Situationen, obwohl es vorzuziehen ist, nicht notwendig ist, die Art der betreffenden Teilchen oder Einheiten anzugeben, sondern nur ihren Namen. Wenn also „jedes Mol Saccharose“ gesagt wird, da Saccharose ein Molekül ist, versteht es sich, dass der Mol Saccharosemoleküle zählt.

Wenn in diesem Zusammenhang „22 Mol Wasserstoff“ gesagt wird, bezieht sich der Mol gleichermaßen auf Mole von Wasserstoffatomen, da Wasserstoff der Name eines Atoms ist. Allerdings ist Vorsicht geboten, da sich das Wort Wasserstoff in anderen Zusammenhängen auch auf elementaren Wasserstoff beziehen kann, der ein zweiatomiges Gas mit der Formel H ₂ ist . In diesen Fällen kann das Sprechen von „Wasserstoffschablonen“ zweideutig sein, da nicht klar ist, ob wir uns auf Mole von Wasserstoffmolekülen oder Mole von Wasserstoffatomen beziehen, was die Notwendigkeit unterstreicht, jederzeit anzugeben, was er zählt.

Anzahl der Atome versus Anzahl der Mole in Saccharose

Die oben angegebenen stöchiometrischen Verhältnisse sind nicht die einzigen, die für Saccharose festgestellt werden können. Sie können auch Beziehungen schreiben, die die Anzahl der Atome, Ionen oder Moleküle mit der Anzahl der Mole von Atomen, Ionen oder Molekülen kombinieren. In diesen Fällen muss darauf geachtet werden, nicht zu vergessen, dass ein Mol gleich der Zahl von Avogadro ist.

Einige mögliche gemischte stöchiometrische Verhältnisse sind:

• In einem Mol Saccharosemoleküle gibt es 1,32454 x 10 ²⁵ Wasserstoffatome (was 22 Mol multipliziert mit der Avogadro-Zahl entspricht).
• Für jeweils 12 Mol Kohlenstoffatome in einer Saccharoseprobe sind 6,02214076 x 10 ²³ Saccharosemoleküle vorhanden.

Einer der häufigsten Fehler beim Schreiben stöchiometrischer Beziehungen für Saccharose, wie für jede andere Verbindung, besteht darin, die Anzahl der Atome und Moleküle und die Anzahl der Mole von Atomen und Molekülen so zu behandeln, als ob sie gleich wären. Hier sind einige typische Beispiele für diese Art von Fehlern:

• In einem Mol Saccharosemoleküle gibt es 22 Wasserstoffatome.
• Für alle 12 Kohlenstoffatome in einer Saccharoseprobe ist 1 Mol Saccharosemoleküle vorhanden.

Wenn sich irgendwann die Frage stellt, ob eine Beziehung richtig oder falsch ist, ist es ein sehr nützlicher Trick, das Wort Maulwurf durch Dutzend zu ersetzen. Wenn die Beziehung dabei Sinn macht, ist es wahrscheinlich in Ordnung. Wenn die Relation nicht gut geschrieben ist, wird sie durch Ersetzen von mol durch Dutzend viel seltsamer klingen, und es wird leicht zu erkennen sein, dass ein Fehler vorliegt. Zum Beispiel ist in der ersten der beiden falschen Beziehungen die Aussage, dass in einem Dutzend Saccharosemolekülen 22 Wasserstoffatome sind, offensichtlich falsch, da ein Dutzend Moleküle 12 mal 22 Wasserstoffatome haben, also 264 Wasserstoffatome, nicht 22.

Verweise

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Mole von Atomen und Molekülen – Begriffe – Stöchiometrie – Chemie . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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