Stoffmengenkonzentration

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Physikalische Größe
Name Stoffmengenkonzentration
Formelzeichen der Größe c
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI mol · m−3 L−3 · N
Anmerkungen
Übliche Einheit: 1 mol/l = 103 mol/m3

Die Stoffmengenkonzentration (Formelzeichen: c) oder veraltet Molarität (Formelzeichen: M) ist der Quotient aus der Stoffmenge (n) eines gelösten Stoffes X und dem Volumen (V) der Lösung.[1] Bei Kenntnis der molaren Masse lässt sich aus der Stoffmengenkonzentration die Massenkonzentration oder – mithilfe der Avogadro-Konstante (vgl. auch Loschmidt-Zahl) – die Teilchenzahldichte berechnen. Die Stoffmengenkonzentration ist volumenbezogen und daher temperaturabhängig.

Geschichte[Bearbeiten]

Ursprünglich wurde das Symbol M für die Maßeinheit Mol pro Liter festgelegt. Die Verwendung des Symbols zusammen mit SI-Vorsätzen ist jedoch nicht mit dem Internationalen Einheitensystem (SI) verträglich. Nach IUPAC-Empfehlung soll nur die Stoffmengenkonzentration c, im Englischen mit concentration bezeichnet, verwendet werden, nicht aber andere Konzentrations-Größen.[2] Da für die Beschreibung einer molaren Lösung kein Wort im Sinne der Stoffmengenkonzentration c existiert, ist die Angabe der Molarität jedoch nach wie vor üblich. Das Symbol M steht daher abweichend von den SI-Vorgaben nicht nur für die spezifische Molare Masse eines Stoffes, sondern auch für beliebige Konzentrationsangaben in Mol pro Liter. Die Konzentration eines Stoffes 1 M (Molarität) entspricht dabei M (molare Masse) in 1 Liter.

Schreibweise[Bearbeiten]

Die Stoffmengenkonzentration c_\mathrm{X} eines Stoffs \mathrm{X} kann in der Einheit Mol durch Liter angegeben werden:

c_\mathrm{X} = \frac {n_\mathrm{X}}{V} \qquad [c_\mathrm{X}] = 1 \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}}

Mit einer 2,5-molaren (veraltete Darstellungsweise auch: 2,5 M) wässrigen Schwefelsäure-Lösung ist eine Lösung gemeint, die 2,5 mol Schwefelsäure-Moleküle je Liter bei einer bestimmten Temperatur enthält; hierbei ist die übliche Einheit mol/l zugrunde gelegt.

Temperaturabhängigkeit[Bearbeiten]

Theoretische Angaben einer Stoffmengenkonzentration sind unabhängig von der Temperatur - eine 1 molar Lösung ist exakt 1 molar - unabhängig davon, ob sie bei 4°C oder bei 24°C hergestellt wurde. Zu einem Konzentrationsanstieg kommt es jedoch beispielsweise, wenn die praktisch hergestellte warme Lösung auf 4°C abgekühlt wird. Schon der Wechsel von Raumtemperatur zu Kühlschranktemperatur verfälscht die Konzentration einer Lösung. Der Effekt wird in der Laborpraxis oft nicht beachtet, obwohl er bei Lösungsmitteln mit großem Ausdehnungskoeffizienten wie Aceton, Ethanol oder Methanol ganz erheblich sein kann. Da der Ausdehnungskoeffizient selbst temperaturabhängig ist, gestaltet sich eine Korrekturrechnung der Konzentration recht aufwändig und wird meist nicht durchgeführt. Alternativ kann die Volumenänderung gemessen und so die Konzentration korrigiert werden. Durch Einhaltung einer konstanten Temperatur beim Arbeiten mit Lösungen kann das Problem von vornherein vermieden werden.

Rechenbeispiele[Bearbeiten]

In einer 0,8-molaren (0,8 M) Schwefelsäurelösung (molare Masse von Schwefelsäure: 98,08 g/mol) sind pro Liter Lösung 0,8 mol H2SO4 enthalten. Die entsprechende Masse an H2SO4 für ein Volumen V = 3 Liter einer solchen Schwefelsäure beträgt:

m_\mathrm{H_2 SO_4} = c_\mathrm{H_2 SO_4} \cdot M_\mathrm{H_2 SO_4} \cdot V = 0{,}8 \, \frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{l}} \cdot 98{,}08 \, \frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \cdot 3{,}0 \, \mathrm{l} = 235{,}392 \, {\mathrm{g}}

Die Teilchenzahl N einer 3-millimolaren (3 mM) Lösung von Rohrzucker in Wasser bei einem Lösungsvolumen V = 2 Kubikzentimeter, wobei NA (Avogadro-Konstante) die Anzahl der Teilchen pro Mol angibt, beträgt:

N_\mathrm{C_{12} H_{22} O_{11}} = c_\mathrm{C_{12} H_{22} O_{11}} \; \cdot \; V \; \cdot \; N_\mathrm{A} = 0{,}003 \, {\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{dm}^3}} \; \cdot \; 0{,}002 \, \mathrm{dm^3} \; \cdot \; 6{,}022 \, \cdot \, 10^{23} \, \mathrm{mol}^{-1} = 3{,}6132 \, \cdot \,10^{18}

Verwandte Größen[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Eintrag: amount concentration. In: IUPAC Compendium of Chemical Terminology (the “Gold Book”). doi:10.1351/goldbook.A00295 (Version: 2.3).
  2. IUPAC: Abbreviated list of quantities, units and symbols in physical chemistry. Von K. H. Homann. Abschnitt 4.3, abgerufen am 13. Januar 2013.