• Die Stoffmenge
• Die Formelsprache der Chemie
• Rechnen mit Stoffmengen, chemischen Formeln und Massen

Um die chemischen Formeln zu verstehen, sollte man sich mit dem Begriff der Stoffmenge vertraut machen:

1 Mol ist diejenige Stoffmenge einer Substanz, die aus ebensoviel Teilchen besteht, wie Atome in 12 g Kohlenstoff-12 enthalten sind. In Zahlen ausgedrückt, ein Mol eines Stoffes enthält genau 6,022*10²³ Teilchen.

Zwölf Gramm Kohlenstoff-12 beispielsweise steht für 1 Mol Stoff, was bedeutet, dass in diesem einen Mol ungefähr 602.204.500.000.000.000.000.000 Atome enthalten sind. Der Wert 6,022*10²³ ist gleichzeitig die Avogadro-Konstante.

Man kann es sich so vorstellen: Ein Gramm eines Stoffes enthält 6,022*10²³ Kernteilchen, also Protonen und Neutronen zusammen. Denn 6,022*10²³ Teilchen multipliziert mit 1,665*10^-24 Gramm (so wenig Masse hat ein Kernteilchen ungefähr) ergibt genau 1 Gramm.

Wasserstoff ist aus nur einem Kernteilchen, dem Proton aufgebaut. Also entspricht ein Gramm Wasserstoff einem Mol Wasserstoffatomen, wenn man die Masse der Elektronen vernachlässigt. Sauerstoff ist aus 16 Kernteilchen aufgebaut. 16 Gramm Sauerstoff entsprechen einem Mol Sauerstoffatomen.

Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. 1 Mol Wasser entspricht damit einer Masse von 18 Gramm (2*1 g + 1*16 g). 1 mol Wasser steht schließlich für 602.204.500.000.000.000.000.000 Wasserteilchen (Wassermolekülen).

1 Mol kann man nicht nur für Atome, Ionen oder Moleküle, sondern auch für Elektronen oder andere Elementarteilchen verwenden. 1 Mol Elektronen steht beispielsweise für 6,022*10²³ Elektronen.
Vorsicht: 1 Mol Elektronen hat natürlich nicht die Masse von einem Gramm. Das gilt nur in Bezug auf Kernteilchen.

Ein Mol ist eine von sieben physikalischen Grundeinheiten, auch SI-Einheiten genannt, zu denen auch gehören:

 

Meter	m	Strecke	s
Sekunde	s	Zeit	t
Kilogramm	kg	Masse	m
Ampere	A	Stromstärke	I
Candela	Cd	Lichtintensität	IL
Kelvin	K	Temperatur	T
Mol	mol	Stoffmenge	n

Die Chemie hat eine besondere Formelsprache. Allen Elementen wurde ein eigenes chemisches Symbol zugewiesen, welches aus einem bis drei Buchstaben besteht.

Wichtige Symbole sind z.B.:

O	Sauerstoff (lateinisch oxygenium)
H	Wasserstoff (lat. hydrogenium)
Na	Natrium
Ca	Calcium
Cl	Chlor
Fe	Eisen (lat. ferrum)
S	Schwefel

Diesen Symbolen werden noch Zahlen vorangesetzt oder nachgestellt, die eine besondere Bedeutung haben:
 

Am Besten wird dies an Beispielen deutlich:

• Sauerstoff ist das 8. Element des Periodensystems, weil Sauerstoff 8 Protonen hat. Das ist die Ordnungszahl
• Im Kern hat der Sauerstoff insgesamt 16 Teilchen, nämlich 8 Protonen und 8 Neutronen. Damit hat der Sauerstoff die Masse von 16 Kernteilchen
• Das chemische Symbol für Sauerstoff ist O
• Als elementares Gas, z.B. in unserer Atemluft ist der Sauerstoff nicht geladen, hat damit eine Ladung von 0
• Im Gas schließen sich immer 2 Sauerstoffatome zu einem Molekül zusammen.

In den meisten Fällen werden Massezahl und Ordnungszahl weggelassen. Eine Ladungszahl von 0 und die Anzahl je Molekül von 1 wird in der Regel auch nicht geschrieben. Deshalb sieht die Formel für Sauerstoffmoleküle in Chemiebüchern meist wie folgt aus:

Diese Formel sagt quantitativ in Reaktionsgleichungen noch mehr aus: Sie steht für die Stoffmenge von einem Mol Sauerstoffmolekülen, also 32 Gramm Sauerstoff (Anzahl von 2 Atomen pro Molekül *16 g für ein Mol Sauerstoffatome = 32 g). Mehr zu Reaktionsgleichungen unter:
[Chemieplanet > Reaktionen > Allgemeine Chemie]

Es gibt auch geladene Teilchen, die Ionen. Zweifach positiv geladene Calciumionen schreibt man hierbei beispielsweise:

Wenn Atome sich nicht zu einzelnen Molekülen zusammenschließen, sondern z.B. zu riesigen Verbünden wie in Metallen, werden die Anzahl der Atome weggelassen, wie beim Eisen:

In Verbindungen werden zuerst die Symbole der positiv geladenen Teilchen genannt, dann die negativen. Ladungszahlen werden für das ganze Molekül geschrieben, nicht mehr für die einzelnen Atome.
 

Beispiel: Natriumchlorid

Nach dem Periodensystem gibt Natrium ein negativ geladenes Elektronen an Chlor ab. Damit ist Natrium positiv, Chlor negativ geladen. Ein Mol Natriumchlorid ist aus einem Mol Na und einem Mol Cl aufgebaut.

Weiteres Beispiel: Ein Mol Wasser aus zwei Mol Wasserstoffatomen und einem Mol Sauerstoffatomen

Natürlich können auch komplizierter aufgebaute Moleküle in chemischen Formeln dargestellt werden:

Bei dem letzten Beispiel wird schon deutlich, dass es von der Regel zuerst positiv, dann negativ geladene Atome genügend Ausnahmen gibt. In der organischen Chemie, zu denen die letzten beiden Beispiele gehören, schreibt man oft nicht mehr die reine Summenformel, in der alle Elemente einer Verbindung nacheinander aufgelistet werden, sondern Halbstrukturformeln oder Strukturformeln, die dem geübten Auge eines Chemikers Aufschluss über die Struktur gibt. Die Halbstrukturformel für Ethanol lautet hier: C2H5OH. Der Chemiker liest daraus die Strukturformel ab, in der Striche die Verbindungen zwischen den Atomen angeben:   H H   | | H-C-C-O-H   | |   H H

Geladene Ionen gibt es auch:

Das hochgestellte 2- heißt hierbei, dass das gesamte Molekül zwei negativ geladene Elektronen mehr aufweist als der Zusammenschluss der vier Sauerstoffatome und des einen Schwefelatomes liefern. Sie bezieht sich nicht zwangsläufig auf den Sauerstoff O.

Sechs Mol Wasser schreibt man folgendermaßen:

Chemischen Formeln werden in Reaktionsgleichungen eingesetzt, die an folgender Stelle besprochen werden:
[Chemieplanet > Reaktionen > Allgemeine Chemie > Reaktionsgleichungen]

Die Bedeutung der LEWIS-Formeln wird an folgender Stelle erklärt:
[Chemieplanet > Stoffe > Was sind Stoffe > Kovalente Bindung]
 
 

Rechnungen mit Stoffmengen, Formeln und Massen Im verkürzten Periodensystem der Elemente stehen die Atommassen aller Hauptgruppenelemente. Will man berechnen, wieviel Masse eines Moles Stoff aufweist, zählt man die Atommassen aller vorhandenen Atome zusammen. Dies ergibt die Molmasse eines Stoffes. Beispiel: Na2CO3 (Soda oder Natriumcarbonat) Aus dem Periodensystem oder aus den Tabellen kann abgelesen werden: Die Atommasse von Na ist 22,990 u, die Atommasse von C ist 12,011 u, die Atommasse von O ist 15,999 u. Die Verbindung ist aufgebaut aus... zwei Atomen Na 2 * 22,990 u = 45,98 u einem Atom C 1 * 12,011 u = 12,011 u drei Atomen O 3 * 15,999 u = 47,997 u Summe: 105,99 u 1 Molekül Soda hat damit die Masse 105,99 u (zur Erinnerung: 1 u sind 1,6*10-24 g). 1 Mol Soda hat damit die Masse 105,99 g (zur Erinnerung: 1 mol sind 6,022*1023 Teilchen). Man sagt, Soda hat die molare Masse M = 105,99 g/mol. Umgekehrt sind beispielsweise 1 kg Soda: (1000 g) / (105,99 g/mol) = 9,4 mol. Der Zusammenhang zwischen Stoffmenge, Masseund molarer Masse ist:     Stoffmenge (n) in Mol (mol) = Masse (m) in Gramm (g) molare Masse (M) in Gramm pro Mol (g/mol)

Mehr Informationen über dieses Thema finden sich auf folgenden Internetseiten: