Formelmasse- und Mole-Konzepte von Verbindungen

Formelmasse kovalenter Verbindungen

Chemische Formeln stellen die elementare Zusammensetzung von Stoffen dar. Bei kovalenten Verbindungen stellt die Formel die Anzahl und Art der Atome dar, aus denen ein einzelnes Molekül der Substanz besteht; Daher kann die Formelmasse korrekterweise als Molekülmasse bezeichnet werden. Die Summenformel von Chloroform (CHCl₃), einer kovalenten Verbindung, gibt an, dass ein einzelnes Molekül ein Kohlenstoffatom, ein Wasserstoffatom und drei Chloratome enthält. Die durchschnittliche Molekülmasse eines Chloroformmoleküls ist gleich der Summe der durchschnittlichen Atommassen dieser Atome:

Formelmasse ionischer Verbindungen

Ionische Verbindungen bestehen aus diskreten Kationen und Anionen, die in Verhältnissen kombiniert werden, um elektrisch neutrale Massenmaterie zu ergeben. Die Formelmasse für eine ionische Verbindung wird auf die gleiche Weise berechnet wie die Formelmasse für kovalente Verbindungen: durch Summieren der durchschnittlichen Atommassen aller Atome in der Formel der Verbindung. Die Formel für eine ionische Verbindung stellt jedoch nicht die Zusammensetzung eines einzelnen Moleküls dar, sodass sie möglicherweise nicht korrekt als „Molekularmasse“ bezeichnet wird.

Beispielsweise ist gewöhnliches Speisesalz oder Natriumchlorid (NaCl) eine ionische Verbindung, die aus Natriumkationen (Na⁺) und Chloridanionen (Cl⁻) besteht, die im Verhältnis 1:1 kombiniert sind. Die Formelmasse für diese Verbindung wird durch Addition der durchschnittlichen Atommassen ihrer Bestandteile berechnet:

Bei der Berechnung der Formelmasse einer ionischen Verbindung wurden die durchschnittlichen Massen der neutralen Natrium- und Chloratome und nicht die Massen der Natriumkationen und Chloridanionen verwendet. Obwohl ein Natriumkation eine etwas geringere Masse als ein Natriumatom hat (da ihm ein Elektron fehlt), wird dieser Unterschied durch die Tatsache ausgeglichen, dass ein Chloridanion etwas massereicher ist als ein Chloratom (aufgrund des zusätzlichen Elektrons). Darüber hinaus ist die Masse eines Elektrons im Vergleich zur Masse eines typischen Atoms vernachlässigbar klein.

Zusammensetzung in Massenprozent

Die elementare Zusammensetzung einer Verbindung definiert ihre chemische Identität, und chemische Formeln sind die prägnanteste Möglichkeit, diese elementare Zusammensetzung darzustellen. Der Massenprozentsatz jedes Elements in der Verbindung wird als Massenprozent dieses bestimmten Elements bezeichnet. Die prozentuale Zusammensetzung kann berechnet werden, indem die Masse jedes Elements durch die Gesamtmasse der Verbindung dividiert und dann in einen Prozentsatz umgewandelt wird.

Die prozentuale Zusammensetzung ist nützlich, um die relative Häufigkeit eines bestimmten Elements in verschiedenen Verbindungen bekannter Formeln zu bewerten. Solange die Molekül- oder Summenformel der betreffenden Verbindung bekannt ist, kann die prozentuale Zusammensetzung aus den Atom- oder Molmassen der Elemente der Verbindung abgeleitet werden.

Beispielsweise enthält ein Molekül Salpetersäure (HNO₃) ein Stickstoffatom mit einem Gewicht von 14,01 amu, ein Wasserstoffatom mit einem Gewicht von 1,008 amu und drei Sauerstoffatome mit einem Gewicht von (3 × 16,00 amu) = 48,00 amu. Die Formelmasse von Salpetersäure lautet daher (14,01 amu + 1,008 amu + 48,00 amu) = 63,02 amu, und ihre prozentuale Zusammensetzung ist:

Dieser Text wurde angepasst von Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Formula Mass and the Mole Concept und Openstax, Chemistry 2e, Section 3.2: Determining Empirical and Molecular Formulas.