Der Begriff der Molekülmasse ist ebenso wie die molare Masse, die Atommasse oder das Wissen über die Struktur eines Atoms ein weiteres grundlegendes Detail, das beherrscht werden muss, um die Welt der Chemie richtig zu verstehen. Die Moleküle chemischer Verbindungen haben eine extrem geringe Masse. Die Erforschung der Struktur und der Eigenschaften von chemischen Elementen und Verbindungen ist keine leichte Aufgabe. Die Kenntnis der Molekülmasse gibt nicht nur Aufschluss darüber, wie viel eine bestimmte Verbindung wiegt, sondern ermöglicht auch die Bestimmung des Massenverhältnisses der Elemente in den Verbindungen oder die Ermittlung ihres prozentualen Anteils.
Was ist die Molekülmasse?
Die Molekülmasse einer chemischen Verbindung ist die Summe der Atommassen der sie bildenden Elemente. Wie hoch die Molekülmasse eines einzelnen Moleküls einer chemischen Verbindung ist, hängt davon ab, wie viele und welche Atome in der Zusammensetzung enthalten sind.
Die Molekülmassen von Elementen und chemischen Verbindungen wird in Form von Units (u) ausgedrückt. Die absoluten Massen der Atome sind extrem klein und liegen in der Größenordnung von 10-24 g. Um die Angabe von Molekülmassen zu erleichtern und den Umgang mit unpraktischen Einheiten zu vermeiden, wurde daher eine neue Einheit für die Atommasse, u (Unit), eingeführt, die 1/12 der Masse des Nuklids vom Kohlenstoffisotop 12C entspricht.
Atommasse
Um die Molekülmasse einer chemischen Verbindung korrekt zu bestimmen, muss man zunächst die Atommasse der einzelnen Elemente kennen.
Die Masse chemischer Elemente wird in der Regel in atomaren Masseneinheiten – Units – angegeben. Wichtig ist, dass die meisten auf der Erde vorkommenden chemischen Elemente Gemische aus mehreren Isotopen sind. Isotope sind Varianten desselben chemischen Elements, die eine konstante Ordnungszahl haben (die gleiche Anzahl von Protonen im Kern enthalten), sich aber in der Massenzahl unterscheiden (unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben). Bei der Bestimmung der Atommasse eines einzelnen chemischen Elements muss daher der prozentuale Anteil der Isotope dieses Elements berücksichtigt werden.
Die Atommasse ist ein unverwechselbares Merkmal eines Elements. Wichtig ist, dass es keine zwei chemischen Elemente mit der gleichen Atommasse gibt. Daher kann diese Eigenschaft zur Identifizierung von Elementen verwendet werden. Die Atommasse der einzelnen Elemente kann aus dem Periodensystem abgelesen werden.
Die Molekülmasse der Elemente
Einige der chemischen Elemente, wie Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Fluor, Brom, Jod oder Chlor, kommen als zweiatomige Moleküle vor. Sie kommen nicht als einzelne Atome vor. Es ist daher angebracht, den Begriff der Molekülmasse eines Elements zu verwenden.
Wie kann man die Molekülmasse von Elementen und chemischen Verbindungen bestimmen?
Um die Molekülmasse sowohl von Elementen als auch von Verbindungen korrekt zu bestimmen, ist zunächst die Kenntnis der Summenformel des Moleküls erforderlich. Anhand der Molekülmasse und der chemischen Formel lässt sich dann zum Beispiel der Anteil der einzelnen Elemente an der Masse des gesamten Moleküls bestimmen.
Bei zweiatomigen Elementen beruht die Bestimmung der Molekülmasse auf der Kenntnis der Atommasse eines einzelnen Atoms des betreffenden Elements. Dieser Wert wird dann mit zwei multipliziert. Die Molekülmasse eines Gases wie Stickstoff mit der Formel N2 beträgt zum Beispiel 28 Units, da ein Stickstoffatom eine Masse von 14 Units hat.
Ähnlich sollte bei chemischen Verbindungen verfahren werden. Wie kann man ihre Molekülmasse bestimmen?
- die chemische Formel der Verbindung, für die wir die Molekülmasse bestimmen wollen, festlegen,
- die Elemente auflisten, aus denen die Verbindung besteht, und die Menge jedes einzelnen Elements angeben,
- die Atommassen für jedes der Elemente bestimmen,
- wenn das Molekül mehr als ein Atom eines bestimmten Elements enthält, wird dessen Atommasse mit diesem Wert multipliziert,
- die Atommassen aller Elemente addieren.
Molekülmasse und molare Masse
Ähnlich wie die Molekülmasse von Verbindungen wird auch ihre molare Masse berechnet. Sie wird häufig in stöchiometrischen Berechnungen verwendet, da die Verwendung von Molen als Einheit es ermöglicht, den Prozess auf eine Makroebene zu übertragen.
Ein Mol ist eine Einheit für die Stoffmenge – die Basiseinheit des SI-Systems. Ein Mol sind 6,022141*1023 Bestandteile (Bestandteile können Atome, Ionen oder Moleküle sein).
Die molare Masse ist die Masse von einem Mol einer bestimmten Substanz. Sie hat denselben numerischen Wert wie die Molekülmasse, aber man darf nicht vergessen, dass sie eine völlig andere Einheit hat. Während die Molekülmasse in Units (u) ausgedrückt wird, wird die molare Masse einer Verbindung in Gramm pro Mol (g/mol) angegeben. Außerdem bezieht sich die Molekülmasse auf die Masse eines einzelnen Moleküls. Bei der molaren Masse ist die Situation anders. Die molare Masse drückt ebenfalls die Masse aus, jedoch im Verhältnis zu einem Mol (6,022141*1023 Bestandteile).
Wozu braucht man Kenntnisse über die Molekülmasse?
Die Molekülmasse einer chemischen Verbindung ermöglicht:
- die Masse einer bestimmten chemischen Verbindung zu ermitteln. Der Wert in Units kann in Gramm umgerechnet werden, wenn man das folgende Verhältnis kennt: 1 u = 1,66 * 10-24 g;
- die Bestimmung des Massenverhältnisses der einzelnen Elemente, aus denen sich eine chemische Verbindung zusammensetzt. Das Massenverhältnis ist definiert als das Verhältnis der Massen der Atome der Elemente, aus denen die Verbindung besteht;
Berechnung des Massenanteils, also des prozentualen Anteils, der Elemente in einer chemischen Verbindung. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis zwischen der Masse der Atome in der kleinsten Struktur einer chemischen Verbindung und der Molekülmasse der Verbindung, multipliziert mit 100 %.