Größen

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Grundbegriffe und Gesetze chemischer Größen

In diesem Abschnitt werden wir die Grundbegriffe und Gesetze für chemische Größen detailliert betrachten und verstehen, wie sie in der Chemie angewandt werden. Wir konzentrieren uns auf die Aspekte der Masse, des Volumens, der Stoffmenge, der relativen Atom- und Molekülmassen, sowie der verschiedenen Konzentrationsgrößen.

Masse

Gewicht1

Die Masse eines Stoffes wird nach dem Internationalen Einheitensystem (SI) als Kilogramm (kg) definiert. In chemischen Reaktionen äußert sie sich oft in kleineren Einheiten wie Gramm (g) oder Milligramm (mg). Zur Verknüpfung von Masse und Stoffmenge verwendet man die molare Masse (M), die angibt, wie viel Gramm eines Stoffes ein Mol ausmachen. Zum Beispiel:

\[ M_{H_2O} = 18 \frac{g}{mol} \]

Bedeutet, dass ein Mol von Wasser 18 g wiegt. Um die Masse eines Stoffes aus seiner Stoffmenge und der Molmasse zu berechnen, nutzt du folgende Formel:

\[ m = n \cdot M \]

Volumen

Das Volumen gibt uns an, wie viel Raum eine Substanz einnimmt, und wird üblicherweise in Litern (L) für Flüssigkeiten und Gase angegeben. Die Umrechnung ist wichtig, denn das Volumen in unterschiedlichen Maßeinheiten muss oft in Berechnungen berücksichtigt werden:

\[ 1 \text{ Mikroliter (µL) } = 10^{-6} \text{ Liter (L) } \]

Für Gase gilt speziell das Molvolumen unter Normbedingungen (0°C, 1 atm), das bei 22,4 Liter pro Mol liegt. Dies ist eine essentielle Größe, die dir angibt, wie viel Volumen ein Mol eines idealen Gases bei Standartbedingungen einnimmt.

Stoffmenge

Die Stoffmenge n wird in Mol angegeben und ist eine der zentralen Größen in der Chemie, da sie direkt mit der Teilchenzahl über die Avogadro-Konstante verknüpft ist:

\[ N_A = 6,022 \cdot 10^{23} \text{ Teilchen/mol} \]

Wenn du die Stoffmenge einer Lösung kennst, kannst du die darin enthaltene Teilchenzahl bestimmen, indem du mit der Avogadro-Konstante multiplizierst:

\[ N = n \cdot N_A \]

Relative Atom- und Molekülmassen

Die relative Atommasse und relative Molekülmasse sind dimensionslose Zahlen, die das Verhältnis der Masse eines Atoms oder Moleküls zu 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12 Atoms angeben. Sie erleichtern dir die Berechnung der molaren Masse, da sie in den meisten Fällen den Zahlenwerten der molaren Masse in Gramm pro Mol entsprechen, zum Beispiel für Sauerstoff (O):

\[A_r(O) = 16 \Rightarrow M(O_2) = 32 \frac{g}{mol} \]

Gehalts- und Konzentrationsgrößen

Gehaltsgrößen beachten

Wenn das IMPP nach Konzentrationen fragt, denke daran, dass die Stoffmengenkonzentration (\(c\)), die auch als Molarität bezeichnet wird, und die Massenkonzentration (\(\rho\)) verschiedene Dinge sind. Die Stoffmengenkonzentration gibt an, wie viel Stoffmenge in einem Volumen gelöst ist:

\[ c = \frac{n}{V} \]

mit der Einheit \(\frac{mol}{L}\).

Die Beziehung von Pikomolar (\(10^{-12}\) mol/L) und Nanomolar (\(10^{-9}\) mol/L) zu diesen Konzentrationen ist besonders wichtig, um die Größenordnung von Reaktionen und deren Ausgangsstoffen in realen chemischen Systemen zu verstehen.

Zusammenhang der Größen

Die folgende Grafik gibt euch einen intuitiven Überblick über die verschiedenen Größen:

Zusammenhang zwischen den verschiedenen Größen2

Präfixe

Da euch in den Altfragen immer wieder die gängigsten Präfixe begegenen, haben wir sie für euch hier noch einmal aufgelistet:

Name Symbol Potenz Zahl
Giga G \(10^9\) 1 000 000 000
Mega M \(10^6\) 1 000 000
Kilo k \(10^3\) 1 000
Hekto h \(10^2\) 100
Dezi d \(10^{-1}\) 0.1
Zenti c \(10^{-2}\) 0.01
Milli m \(10^{-3}\) 0.001
Mikro µ \(10^{-6}\) 0.000001
Nano n \(10^{-9}\) 0.000000001
Piko p \(10^{-12}\) 0.000000000001

Es lohnt sich, diese Präfixe auswendig zu lernen und zu beherrschen.

Zusammenfassung

  • Stoffmengenkonzentration (c): Definiert als die Stoffmenge (n) pro Volumen (V) der Lösung, ausgedrückt in mol/L.
  • Avogadro-Konstante (NA): Beschreibt die Anzahl der Teilchen in einem Mol eines Stoffes und hat den Wert 6,022 x \(10^{23}\) Teilchen/mol.
  • Molvolumen eines idealen Gases: Unter Standardbedingungen beträgt das Volumen eines Mols eines idealen Gases 22,4 Liter.
  • Einheitenumrechnung: Pikomolar (pmol/L) entspricht \(10^{-12}\) mol/L, Mikroliter (μL) sind umzurechnen in Liter (1 μL = \(10^{-6}\) L).
  • Molare Masse (M): Die Masse eines Mols einer Substanz, oft ausgedrückt in g/mol; zum Beispiel ist die molare Masse von Wasserstoff (H2) 2 g/mol.
  • Berechnung der Teilchenzahl: Zur Bestimmung der Teilchenzahl wird die Stoffmengenkonzentration mit dem Volumen der Lösung und der Avogadro-Konstante multipliziert.
  • Relative Atommasse: Gibt das Verhältnis der Masse eines Atoms zu 1/12 der Masse des Kohlenstoffisotops \(^{12}C\) an.

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Footnotes

  1. Credits Gewicht Grafik: LoKiLeCh, 2kg Gewicht freigeschnitten, CC BY-SA 3.0↩︎

  2. Credits Zusammenhang zwischen den verschiedenen Größen Grafik: Johannes Schneider, Zusammenhang zwischen Masse, Stoffmenge, Volumen und Teilchenanzahl, CC BY-SA 4.0↩︎