Stoffmengenkonzentration

Die Stoffmengenkonzentration (Formelzeichen: c) oder Molarität (veraltete Bezeichnung) ist der Quotient aus der Stoffmenge (n) eines gelösten Stoffes X und dem Volumen (V) der Lösung. Bei Kenntnis der molaren Masse lässt sich aus der Stoffmengenkonzentration die Massenkonzentration oder - mithilfe der Avogadro-Konstante (vgl. auch Loschmidt-Zahl) - die Teilchenzahlkonzentration berechnen.

Eine 1 molare Lösung (abgekürzt 1 M) enthält ein Mol der gelösten Verbindung in einem Liter Lösung. Mit einem Mol wird das Gewicht einer genau definierten Zahl Teilchen angegeben, ein Mol eines Stoffes enthält stets die gleiche Anzahl (Ionen, Atome, Moleküle). Das Gewicht der Teilchen errechnet sich aus dem Atom- bzw. Molekulargewicht

Früher wurde das Symbol M für die Maßeinheit Mol pro Liter verwendet und auch zusammen mit SI-Vorsätzen benutzt; diese Schreibweise ist jedoch nicht mit dem Internationalen Einheitensystem (SI) verträglich. Nach IUPA-Empfehlung soll nur die Stoffmengenkonzentration im Englischen mit concentration bezeichnet werden.

Schreibweise

Die Stoffmengenkonzentration kann in der Einheit Mol pro Liter angegeben werden:

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

Mit einer 2,5-molaren (veraltete Darstellungsweise auch: 2,5 M) wässrigen Schwefelsäure 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;

Rechenbeispiele

Ein Mol eines Stoffes ist soviel, wie sein Atom- bzw. Molekulargewicht in g angibt. So wiegt ein Mol Kalium 39,1 g und 1 Mol Stickstoff 14 g, wobei die Anzahl Teilchen jeweils gleich ist. Ein Mol Calcium-Nitrat wiegt 164 g (= Summe aus der molaren Masse Calcium und der molaren Masse Nitrat).
Gleiche Volumina gleichmolarer Lösungen führen zu einer vollständigen Reaktion:

Salpetersäure (HNO3) + Kalilauge (KOH)	→	Kalium-Nitrat (KNO3 ) + Wasser (H2O)
(4 x O) + (2 x H) + (1 x N) + (1 x K)	→	(4 x O) + (2 x H) + (1 x N) + (1 x K)
(4 x 16g) + (2 x 1g) + (1 x 14g) + (1 x 39,1g) 63 g (HNO3) + 56,1 g (KOH) = 119,1 g	→	(4 x 16g) + (2 x 1g) + (1 x 14g) + (1 x 39,1g) 101,1 g (KNO3 ) + 18 g (H2O)= 119,1 g

Wird die Konzentration von Nährelementen in mmol bei den Hauptnährstoffen und µmol bei den Spurennährstoffen angegeben, so erfolgt die Umrechnung in mg und µg durch Multiplikation mit dem Atomgewicht des jeweiligen Nährelements.

mg pro l = Atomgewicht x mmol pro l

Beispiel: Der Nährstoffgehalt für Kalium beträgt 8,2 mmol pro l. Das Atomgewicht entspricht 39,1 g.
39,1 g x 8,2 mmol/l = 320,6 mg pro l

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:

$m_{H_{2}SO_{4}}=c_{H_{2}SO_{4}}\cdot M_{H_{2}SO_{4}}\cdot V=0{,}8\,{\frac {\mbox{mol}}{\mbox{l}}}\cdot 98{,}08\,{\frac {\mbox{g}}{\mbox{mol}}}\cdot 3{,}0\,{\mbox{l}}=235{,}392\,{\mbox{g}}$

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

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

Quelle

Ulrich Harm (2007): Neustadter Heft: Bodenanalyse und Düngung im Zierpflanzenbau. Herausgeber DLR Rheinpfalz. Neustadt an der Weinstraße.