Stoffmenge

Definition und Einheit

Die Stoffmenge mit dem Formelzeichen n ist eine Basisgröße des Internationalen Einheitensystems (SI). Sie gibt an, wie viele identische Teilchen in einer Stoffportion enthalten sind. Als Teilchen gelten dabei Atome, Ionen, Moleküle, Formeleinheiten, Elektronen und allgemein identische Teilchen. Die Teilchenart X wird zusammen mit dem Formelzeichen als n_X oder n(X) angegeben.

Die SI-Einheit der Stoffmenge ist das Mol (mol), eine SI-Basiseinheit. Eine Stoffmenge von 1 mol enthält genau die durch die Avogadro-Konstante festgelegte Teilchenzahl. Es gilt N_A = 6.02214076 · 10^23 mol^−1. Die Avogadro-Konstante ist der Proportionalitätsfaktor zwischen Stoffmenge und Teilchenzahl N_X:

n_X · N_A = N_X.

Die Dimension der Stoffmenge wird im SI mit N angegeben.

Bedeutung in der Chemie

Die Stoffmenge und abgeleitete Größen wie Stoffmengenkonzentration, Stoffmengenanteil und Stoffmengenverhältnis sind wichtige Grundlagen der Stöchiometrie. Mit ihrer Hilfe lassen sich chemische Reaktionen vom atomaren oder molekularen Bereich auf wägbare Stoffmassen mit sehr hohen Teilchenzahlen übertragen.

Für eine Stoffportion des Stoffes X gilt mit der Masse m_X und der molaren Masse M_X:

n_X = N_X / N_A = m_X / M_X.

Da N_A durch eine Konvention festgelegt ist, entspricht die Angabe einer Stoffmenge grundsätzlich einer Angabe der Teilchenzahl. Die Einheit Mol führt dabei zu handlichen Zahlenwerten, die sich aus einer makroskopischen Wägung und der Kenntnis der Atommasse bestimmen lassen. Bis zur SI-Reform von 2018 war das Mol über eine festgelegte Teilchenzahl, ab 1960 über 12 Gramm Kohlenstoff-12, definiert. Mit dem heute festgelegten Zahlenwert von N_A verlor dieser frühere messtechnische Vorteil an Bedeutung.

Berechnung aus der Masse

Ist die Masse m_X und die molare Masse M_X bekannt, berechnet man die Stoffmenge mit:

n_X = m_X / M_X.

Beispiel: Die molare Masse von Wasser beträgt 18 g/mol. Für 9 g Wasser ergibt sich:

n_H₂O = 9 g / (18 g/mol) = 0,5 mol.

Berechnung aus Volumen und Konzentration

Bei einem idealen Gas nimmt 1 mol unter Normbedingungen näherungsweise ein Volumen von V_m = 22,4 l/mol ein. Dieses Volumen heißt molares Normvolumen oder Molvolumen. Aus dem Volumen V erhält man:

n = V / V_m.

Beispiel: Für 5 l Sauerstoff gilt:

n_O₂ = 5 l / (22,4 l/mol) ≈ 0,22 mol.

Bei Lösungen gibt die Konzentration c_X in mol/l die Stoffmenge eines Stoffes X pro Volumen V der Lösung an. Daher gilt:

n_X = c_X · V.

Beispiel: In 0,22 l einer 0,6-molaren Natriumchloridlösung befinden sich:

n_NaCl = 0,6 mol/l · 0,22 l = 0,132 mol.

Berechnung aus der Teilchenzahl

Da die Teilchenzahl N proportional zur Stoffmenge n ist, lässt sich die Stoffmenge durch Division durch die Avogadro-Konstante berechnen:

n = N / N_A.

Beispiel: Für N = 10^25 Teilchen ergibt sich:

n = 10^25 / (6,02214076 · 10^23 mol^−1) ≈ 16,605 mol.