Kategorie: Stoffgebiet
Stöchiometrie – die molare Masse (M)
Zum Verständnis solltest Du Dich unbedingt vorher mit der Avogadrokonstante
beschäftigt haben und wissen, was sie Stoffmenge (n) ist.
Dank Herrn Loschmidt wissen wir :
„22,4 Liter Gas enthalten immer ein Mol dieser gasförmigen Substanz.“
So ergibt sich die Frage, nach einer Sammlung dieser Informationen.
Jemand müsste die Substanzen der Welt verdampfen und 22,4 Liter der idealen Gase wiegen.
Diese Masse eines Mols einer Substanz nennt man die molare Masse M [g/mol]
Man findet diese Angabe für alle Elemente als relative Atommasse im PSE!
1 mol Stickstoffatome [ 7N ] wiegen also 14,007 g
(Uns reicht die gerundete Zahl ohne Kommastellen zum Rechnen)
Für alle wichtigen Verbindungen kann man die Molare Masse im Tafelwerk nachschauen!
Die molaren Massen aller weiteren Substanzen muss man errechnen:
Die Formel der Stoffe ist dafür die Berechnungsvorschrift:
Stöchiometrie – die Avogadro Konstante
Schäfer haben mit der Erfahrung vieler Berufsjahre die Fähigkeit durch Clusterzählung ihre Herde auf „Vollzähligkeit“ zu prüfen. Bei Zählungen von bis zu 10.000 Tiere umfassenden Herden in Afrika nutzt man Hubschrauber und erfahrene „Zähler“ oder man fotografiert die Tiere und zählt anschließend am PC…
Man zählt hier also keine Einzelbestandteile, sondern fasst „kleinere Gruppen“ (Cluster) zusammen!
So ähnlich funktioniert das auch in der Chemie…
Aber mal von vorn…
Alle Gase enthalten bei gleichen Bedingungen in einem Volumen dieselbe Anzahl Teilchen.
Diese Erkenntnis verdanken wir Graf Amadeo Avogadro(1776–1856).
Das leichteste Gas ist Wasserstoff!
Stellt man also einem Liter Wasserstoff (0,089g) einen
Liter Sauerstoff (1,429g) gegenüber, so findet man …
$$ \frac{mO}{mH} = \frac{1,429g}{0,089g} = 16,056 $$
Das Sauerstoffteilchen ist 16– mal so schwer wie ein Wasserstoffteilchen.
Später wurden diese Verhältnisse noch genauer bestimmt und heute weiß man
Wasserstoff– und Sauerstoffteilchen stehen im Verhältnis von 1,008 zu 15,999!
Wendet man dieses Verfahren auf alle verdampften Elemente an, so erhält man eine
Tabelle mit den Atom–Masseverhältnissen, wie im PSE zu sehen (relative Atommasse).
Ein gewisser Herr Josef Loschmidt (1821–1895) fand außerdem heraus, dass Wasserstoff (H2) bei 2g Masse aus genau 6,02214076 ×1023 Teilchen (hier Molekülen) besteht! Diese Vergleichsgröße ist in der Chemie unsere Clusterzahl … wir zählen Stoffe in „mol“, also in 602.214.076.000.000.000.000.000 Teilchen
(»6,022 ×1023), der sogenannten Stoffmenge n.
Weil niemand diese Zahl gern ständig schreibt,
nennt man diese Anzahl Teilchen die
Stoffmenge „ein Mol“!
Uns reicht eine Angabegenauigkeit von 6 ×1023.
1 mol Wasserstoff 1 mol H2 enthält 6 ×1023 Teilchen
6 mol Argon 6 mol Ar enthalten 6 × 6 ×1023 Teilchen
20 mol Eisenoxid 20 mol Fe enthalten 20 × 6 ×1023 Teilchen
4,5 mol Kohlendioxid 4,5 mol CO2 enthalten 4,5 x 6 ×1023 Teilchen
Teilchen heißt.. bei Metallen – Atome, beim Wasserstoff – Moleküle und in einer Verbindung wie Kochsalz (NaCl) – Formeleinheiten
Die Nichtmetalle
Betrachten wir die „andere“ Seite des PSE. Hier finden wir die Elemente „rechts“ der Bor-Astat-Linie.
Die Nichtmetalle sind Atomarten, die Elementsubstanzen aufbauen, die immer etwas „nicht metallisches“ an sich haben. So sind einige gasförmig bei Raumtemperatur oder sie leiten keinen elektrischen Strom, glänzen nicht oder sind schlechte Wärmeleiter. Irgendwas fehlt immer …
Einige Beispiele:
| Eigenschaften / Verwendungen | Kohlenstoff | Schwefel | Phosphor | Stickstoff |
|---|---|---|---|---|
| lateinischer Name/ Namensbedeutung | Carboneum / Holzkohle | Sulfur / langsam brennen, schwelen | Phosphorus /lichttragend, leuchtend | Nitrogenium/ salpeterbildend |
| Bau – Struktur der Modifikationen | Riesenmoleküle Graphit– geschichtet  Diamant – Tetraedrisch dicht gepackter Kristall  | 8-atomige räumlich orientierte Moleküle  | Moleküle weiß – tetraedrisch 4-atomige Moleküle  rot/schwarz – gewellte Doppelschichten  | 2-atomige Moleküle  |
| Dichte (g/cm³) | 2.267 | 2.07 | 1.82 | 1.251 |
| Schmelztemperatur (°C) | 3550 | 115 | 44.2 | -210.1 |
| Siedetemperatur (°C) | 4827 | 444.6 | 280 | -196 |
| Löslichkeit in Wasser | Unlöslich in Wasser | Unlöslich in Wasser, | Unlöslich in Wasser, | Unlöslich in Wasser, |
| Farbe | Schwarz, farblos | Gelb | Weiß, rot, schwarz | Farblos |
| Glanz | Diamant – lichtbrechend Graphit – grau glänzend | nein | nein | nein |
| Geruch | geruchlos | geruchlos | geruchlos | geruchlos |
| Brennbarkeit an der Luft | nicht brennbar | brennbar | brennbar | nicht brennbar |
| elektrische Leitfähigkeit | Graphit – ja Diamant – nein | nein | nein | nein |
| Verformbarkeit in der Kälte | nein | nein | nein | ja (gasförmig) |
| Verwendung | Schmuck (Diamant), Elektroden(Graphit), Kohlenstofffasern Bohr– und Schneidwerkzeuge (Diamant) | Schwefelsäure- und Düngemittelherstellung, | Düngemittel, Feuerwerkskörper, Flammenhemmer | Düngemittel, Kühlmittel, Ammoniakherstellung |
| natürliches Vorkommen | Diamanten- vulkanische Schlote und in Vergesellschaftung mit dem Mineral Kimberlit (Südafrika) | weltweit 1500 Fundorte (Polen, Sizilien,…) | weltweit in Form von Mineralien (Phosphate) | 78,1% der Luft |
Diese Atomarten bilden individuelle Elementsubstanzen von großer natürlicher, biologischer und technischer Bedeutung !
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Legierungen
…sind Gemische aus 2 oder mehreren Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist.
Bronze
Die wohl erste bewusst hergestellte und eingesetzte Legierung war Bronze, ein Gemisch aus Kupfer und Zinn.
Bronze ist härter als die beiden Einzelmetalle und kann je nach Kupferanteil von rotbraun bis rotsilbrig gefärbt sein. Damit eröffnete sich die Möglichkeit Schnittwerkzeuge, Alltagsgegenstände und Schmuck von großer Schönheit und Beständigkeit herzustellen.
Die Hochzeit der Benutzung dieser Legierung liegt mehr als 3000 Jahre zurück. Sie wurde die Bronzezeit genannt. In Mitteleuropa war das 2200 Jahre bis 800 vor dem Beginn unserer Zeitrechnung .
Gelangt kein Wasser an die Bronze, so überzieht eine dünne Schicht aus farblosem bis schwarzem Rost die gesamte Figur.
Wasser jedoch sorgt für die Bildung von weiteren nicht farblosen Substanzen und die bilden eine farbige Schicht (Patina) aus.
Messing – (Steckbrief im Video)
Kupfer färbt auch diese Legierung so charakteristisch. Hier sind goldfarbene Materialen gefragt und beliebt. Allerdings nicht immer bei Leuten, die es ehrlich mit uns meinen. So findet man immer wieder Schmuckstücke, die als „Gold“ angepriesen werden. Dieser Effekt ist jedoch nicht von Dauer und so färbt sich das gute Stück schon nach wenigen Wochen oder Monaten schwarz. Es rostet. Und das tut Gold nicht!
Messing ist eine meist goldfarbene Legierung aus Kupfer und Zink.
Wer mehr wissen will… Video – Begriffserweiterung
Eisenlegierungen – Stahl
Die ersten Eisenlegierung – so zeigen die frühesten Funde- enthielten immer wieder Nickel als 2. Komponente. So kann davon ausgegangen werden, dass die Menschen diesen metallischen Werkstoff an der Erdoberfläche fanden und formten. Die Sumerer – ein frühes Handelsvolk aus dem Mittelmeerraum- nannten das Eisen das „Himmelsmetall“.
Erst die selbst gewonnenen Eisenlegierungen sind Stähle, da sie durch die Verwendung von mit Kohle und Holz betriebenen Öfen das Element Kohlenstoff in das Eisen einschleusten. Eine Legierung aus zumindest Eisen und Kohlenstoff heißt Stahl.
Über die Stahlherstellung erfahren wir an anderer Stelle mehr … Hier!
Eine Liste von Legierung findest du bei:
https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Liste_der_Legierungen
(entspricht der Wikipedia -Liste)