Das Mol ist eine Basisgröße im Internationalen Einheitensystem SI und gibt indirekt die Teilchenzahl einer Stoffportion (Stoffmenge) an. Sie dient unter anderem der Mengenangabe bei chemischen Reaktionen.
Eine Stoffmenge von 1 Mol (n = 1 mol) enthält die durch die Avogadro-Konstante (NA ≈ 6,022×1023 mol−1) festgelegte Teilchenzahl. Die Zahl wurde so festgelegt, dass 1 mol Teilchen mit einer Masse von x atomaren Masseneinheiten möglichst genau x Gramm sind. Teilchenzahl und Stoffmenge sind somit einander direkt proportional; jede dieser beiden Größen kann als Maß für die andere dienen.
Geschichte und Definition
Der Begriff „Mol“ wurde 1893 von Wilhelm Ostwald geprägt und ist vermutlich vom lateinischen Wort moles (für „Masse, Last“) abgeleitet. Zunächst wurde das Mol überwiegend als Masseneinheit angesehen. Ältere Bezeichnungen sind Grammatom (nur bei Elementen) und Grammmolekül (nur bei Verbindungen). So heißt es in DIN 1310 „Gehalt von Lösungen“ vom April 1927: „Als Masseneinheiten dienen […] das Mol, d. h. soviel Gramm des Stoffes, wie sein Molekulargewicht angibt […]“. Allerdings wurde durch die Anwendung des Molekular„gewichts“ hier eine Stoffmasse – keine Stoffmenge heutiger Sicht – beschrieben und als „Stoffmenge“ bezeichnet. In der heutigen Mol-Definition des SI hingegen wird die Stoffmenge von Teilchenzahl und Masse formal klar unterschieden.
Im Jahr 1960 wurde die atomare Masseneinheit als 1⁄12 der Masse des 12C-Atoms festgelegt. Entsprechend wurde das Mol als die Stoffmenge eines Systems definiert, das aus ebenso vielen Einzelteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des Isotops Kohlenstoff-12 (12C) enthalten sind. 1 mol 12C-Atome hatte also definitionsgemäß eine Masse von 12 g. (Ein Mol Atome natürlichen Kohlenstoffs hingegen hat aufgrund der Beimischung anderer Isotope eine Masse von ca. 12,0107 g.) Nach dieser Definition war die Zahl der Teilchen in einem Mol (Avogadro-Konstante NA) eine Messgröße und mit einer Unsicherheit belastet. Andererseits war zur Messung der in Mol gemessenen Stoffmenge die genaue Kenntnis der Avogadro-Konstante nicht erforderlich; es genügte eine Wägung (Massebestimmung) und der Vergleich mit einer Referenzmasse vom 12C. Dafür war die Definition des Mol jedoch von der Definition des Kilogramms abhängig.
Auf der 14. Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) wurde 1971 das Mol auf nachdrücklichen Wunsch der IUPAC, unterstützt durch die IUPAP in das SI aufgenommen und zur Basiseinheit erklärt. Damit wurde der Anwendungsbereich des SI auf die Chemie ausgedehnt. Auf der vorangegangenen CGPM 1967 hatte der Antrag noch keine Mehrheit gefunden.
Mit dem Fortschritt der Messtechnik konnte die Avogadro-Konstante immer präziser bestimmt werden, sodass schließlich der „Umweg“ über das Kilogramm nicht mehr erforderlich war. Die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht beschloss mit Wirkung zum 20. Mai 2019 die heute gültige Definition. Die Teilchenzahl in einem Mol ist nun exakt festgelegt, dafür ist die Masse von 1 mol 12C jetzt eine Messgröße. Der nunmehr exakte Wert von NA wurde so gewählt, dass er möglichst genau mit dem Wert nach der alten Definition übereinstimmte.
Gebräuchliche dezimale Teile und Vielfache des Mols sind:
Kilomol: kmol, Faktor 103 , Vielfaches 1000 mol
Millimol: mmol, Faktor 10−3, Vielfaches 0,001 mol
Mikromol: μmol, Faktor 10−6, Vielfaches 0,001 mmol
Nanomol: nmol, Faktor 10−9, Vielfaches 0,001 μmol
Pikomol: pmol, Faktor 10−12, Vielfaches 0,001 nmol
Molares Volumen und Molare Masse
Das molare Volumen eines Stoffes ist eine stoffspezifische Eigenschaft, die angibt, welches Volumen ein Mol eines Stoffes ausfüllt. Für ein ideales Gas gilt, dass ein Mol bei Normalbedingungen (273,15 K, 101325 Pa) ein Volumen von 22,414 Liter einnimmt. Für reale Gase sowie Feststoffe und Flüssigkeiten ist das molare Volumen dagegen stoffabhängig.
Die molare Masse M ist der Quotient aus Masse und Stoffmenge eines Stoffs. In der Einheit g/mol hat sie fast exakt denselben Zahlenwert wie die Atom- bzw. Molekülmasse des Stoffs in der Einheit u (atomare Masseneinheit). Ihre Bedeutung ist äquivalent zum früheren „Atomgewicht“ in der Chemie.
Berechnung von Stoffmengen
Zur Berechnung wird folgende Formel verwendet:
Dabei bezeichnet n die Stoffmenge, m die Masse und M die molare Masse. M kann für chemische Elemente Tabellenwerken entnommen und für chemische Verbindungen bekannter Zusammensetzung aus solchen Werten errechnet werden.
Die atomare Masse, die für jedes chemische Element in Tabellen angegeben wird, bezieht sich dabei auf das natürliche Isotopengemisch. So ist zum Beispiel als Atommasse für Kohlenstoff 12,0107 u angegeben. Dieser Wert gilt nicht bei anderen Isotopenverhältnissen, etwa bei mit 13C angereichertem Material. Während bei stabilen Elementen die Abweichungen von Isotopenmischungen, wie sie in der Natur vorkommen, relativ gering sind, kann insbesondere bei radioaktiven Elementen das Isotopengemisch stark von der Herkunft und dem Alter des Materials abhängen.
Verwendung der Einheit Mol bei Konzentrationsangaben
Die Einheit Mol findet häufig Verwendung in zusammengesetzten Einheiten zur Angabe von Konzentrationen (Salzgehalt von Lösungen, Säuregehalt von Lösungen usw.). Eine der häufigsten Verwendungen ist die x-molare Lösung (das x steht darin für eine beliebige rationale positive Zahl).
Beispiel: Eine 2,5-molare A-Lösung enthält 2,5 mol des gelösten Stoffes A in 1 Liter der Lösung.
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[…] stabile Dreifachbindung und die damit verbundene hohe Bindungsdissoziationsenergie von 942 kJ/mol sehr reaktionsträge. Deswegen braucht es in der Regel einen hohen Energieaufwand, um diese […]