Feb 20, 2019

Hallo gigantischer Atomhaufen: Von Avocado-Dips und sehr vielen Teilchen

Hallo, Wesen vor einem tendenziell Photonen ausspuckenden oder Luftmoleküle zu mechanischen Schwingungen anregenden Endgerät! Willkommen auf meinem Blog Guacamol und meinem ersten Beitrag. Ich bin Lea und habe bestimmt einen aussagekrätigen "Über mich"-Text geschrieben, sodass ich das an dieser Stelle nicht wiederholen muss.

Auf diesem Blog soll es unter anderem um das Thema Chemie gehen, was zugleich (noch) mein Studienfach ist. Ich möchte erzählen, warum Chemie cool ist, was ich tendenziell so in meinem Studienalltag gemacht habe und wie das ein oder andere beobachtete Phänomen zu erklären ist. Eventuell werde ich in die ein oder andere Richtung ausarten (Essen! Gin! Internet! Cyber! Politik!), insbesondere, was meine eigenen Zukunft betrifft.

Daher wird dieser erste Beitrag nicht nur eine kurzer "Hallo Welt"-Beitrag, sondern auch gleich ein Start mit dem ersten chemischeren Thema, der Namensfindung dieses Blogs, wobei es sich dabei um einen schönen Wortwitz mit "mol" handelt. Keine Sorge, ich erwarte keine fundierten Kenntnisse, die nur jemand hat, der selbst Chemie studiert. Ich werde versuchen, meine Erklärungen recht allgemein und damit verständlich zu halten. Anregungen nehme ich dabei immer gerne entgegen.
Der Name des Blogs weist schon auf einen Avocado-Dip hin, daher möchte ich an dieser Stelle mit einem Guacamole-Rezept starten.

  • 2 Avocados
  • 1 Zwiebel
  • 1 Tomate
  • 1 Knoblauchzehe
  • 3 Prisen Kochsalz (0.12 g, 0.002 mol)
  • 3 Prisen Pfeffer (0.12 g)
  • 3 Prisen Paprika-Gewürz (0.12 g)

All diese Zutaten bitte zusammenwerfen, durchmischen, gerne noch mit mehr Gewürzen rumspielen, fertig ist die Guacamole.

Was fällt auf und was hat das mit Chemie zu tun?
Die Mengenangaben beziehen sich, abgesehen von den Gewürzen, auf die Anzahl der jeweiligen Zutaten, was zugegeben ein recht ungenaues Maß ist. Es gibt kleine Cocktailtomaten und große Fleischtomaten, um ein Beispiel zu nennen. Ich habe es kaum spezifiziert. Eine genauere Einheit wäre etwa die Masse wie im Fall der Gewürze. Eine Prise entspricht etwa 0.04 g, also sind drei Prisen 0.12 g.
Für das Kochsalz, auch Natriumchlorid genannt, ist zudem noch eine weitere Angabe zu finden, nämlich 0.002 mol, grob. Die Einheit Gramm kann für die Masse verwendet werden, die Einheit Mol für die Stoffmenge.
Stoffmenge, Mol, das sind zwei Begriffe aus dem Chemie-Unterricht, mit denen viele nicht die besten Erfahrungen gemacht haben. Aber genau das ist es, worauf ich in dieser kleinen Erklärung hinaus möchte.

Ein Mol ist nichts anderes als Anzahl an Teilchen. So wie Avocados oder Zwiebeln gezählt werden können, können auch verschiedene Teilchen gezählt werden. Teilchen sind dabei zum Beispiel diese kleinen Bausteine Atome, die zwar weiter zerteilt werden können, die dann aber wesentliche Eigenschaften ändern.
Ein Mol ist demnach nichts als ein definierter Rahmen für die Anzahl an Teilchen. Allerdings sind in einem Mol unfassbar viele davon, nämlich \(6.022 \cdot 10^{23}\). Sich diese Zahl vorzustellen ist durchaus schwierig.
Aber warum ist solch eine große Zahl überhaupt sinnvoll oder nur irgendwie handlich? Die bisherige Definition eines Mols, die sich 2019 ändern wird, aber den Anwendungszweck ziemlich gut verdeutlicht, ist folgende:

The mole is the amount of substance of a system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon 12; its symbol is “mol”.

Dasselbe funktioniert mit weiteren atomaren Massen. Ein Mol des Wasserstoffisotops \(^1\)H sind also 0.001 Kilogramm oder ein Gramm.
Im Periodensystem der Elemente finden wir für jedes Elemente eine Masse, angegeben in der Einheit u, was die atomare Masseneinheit ist. Definiert ist 1 u als \(1.661 \cdot 10^{-27}\) kg, was aber nur ein kleiner Zahlenfakt am Rande ist. Tatsächlich stimmen die atomare Masse der Elemente und ihre Masse pro Stoffmenge ziemlich genau überein.
Damit wird das Mol deutlich handlicher und im chemischen Alltag greifbarer und nutzbarer. Die Stoffmenge in Mol kann nämlich auch bei Reaktionsgleichungen betrachtet werden.
2 H\(_2\) + O\(_2\) \(\rightarrow\) 2 H\(_2\)O
Hier reagieren zwei Mol von Wasserstoff, der als H\(_2\) auftritt, mit einem Mol Sauerstoff, zu zwei Mol Wasser. Aber warum werden hier nicht einfach Massen verwendet? Betrachtet man die jeweiligen Massen, ergeben sich deutlich unhandlichere Werte.

  • Wasserstoff (2 H\(_2\)): 2 mol \(\cdot (1.01 + 1.01)\) g = 4.04 g
  • Sauerstoff (O\(_2\)): 1 mol \( \cdot (16.00 + 16.00)\) g = 32.00 g
  • Wasser (2 H\(_2\)O): 2 mol \(\cdot (1.01 + 1.01 + 16.00)\) g = 36.04 g

Natürlich wird dabei die Masse erhalten, denn Masse aus dem Nichts durch eine Reaktion zu erzeugen widerspricht dem Energieerhaltungssatz. Dennoch, die Zahlen werden unhandlicher und hierbei handelt es sich erst einmal um eine einfache Reaktion. Insofern ist das Mol alleine schon beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen äußerst relevant.

Um wieder auf die Ebene der Guacamole zurückzukommen, wir Chemiker nutzen das Mol als Einheit der Stoffmenge gewissermaßen, um Rezepte zu schreiben. Wenn wir von einem Mol sprechen, sprechen andere Menschen vermutlich von einer Anzahl der kleinsten, ganzen Portionsgröße (wie 1 Avocado). Natürlich könnte man dies auch in Gramm oder Kilogramm umrechnen, aber es ist deutlich einfacher, die Stoffmenge zu verwenden.