Atommasse-Rechner: Atomgewichte von Elementen nachschlagen

Was ist die Atommasse?

Die Atommasse ist die durchschnittliche Masse eines Atoms eines chemischen Elements, gemessen in atomaren Masseneinheiten (u). Dieser Rechner sucht die Atommasse jedes Elements anhand seines Namens oder chemischen Symbols, etwa „Sauerstoff“ oder „O“.

Eine atomare Masseneinheit ist genau als 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms definiert. Die meisten Elemente kommen in der Natur als Mischung von Isotopen vor, also von Atomen mit derselben Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Die im Periodensystem angegebene Atommasse ist der gewichtete Durchschnitt dieser Isotope, basierend darauf, wie häufig die einzelnen Isotope vorkommen.

Da es sich um einen Durchschnitt handelt, ist die Atommasse selten eine ganze Zahl. Chlor hat beispielsweise eine Atommasse von 35,45 u, obwohl jedes Chloratom entweder 35 oder 37 Nukleonen besitzt.

Formel für die Atommasse

Die durchschnittliche Atommasse eines Elements wird berechnet, indem die Masse jedes Isotops mit seiner natürlichen Häufigkeit multipliziert und anschließend die Ergebnisse addiert werden:

$\text{Atomic Mass} = \sum_{i} (f_i \times m_i)$

Dabei ist $f_i$ der Anteil der Atome, die dem Isotop $i$ entsprechen (als Dezimalzahl angegeben), und $m_i$ die Masse dieses Isotops in atomaren Masseneinheiten. Die Summe umfasst jedes in der Natur vorkommende Isotop des Elements.

Rechenbeispiel: Chlor

Natürlich vorkommendes Chlor besteht zu etwa 75,77 % aus Chlor-35 (Masse 34,97 u) und zu 24,23 % aus Chlor-37 (Masse 36,97 u). Angewendet auf die Formel ergibt sich:

$(0.7577 \times 34.97) + (0.2423 \times 36.97) \approx 35.45 \text{ u}$

Dies entspricht dem Wert im Periodensystem und dem Ergebnis, das der Rechner ausgibt, wenn nach „Chlor“ oder „Cl“ gesucht wird.

Die Werte dieses Rechners stammen aus den Standard-Atomgewichten, die von der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) veröffentlicht werden.

So wird der Rechner für Elementmassen verwendet

1. Geben Sie den Namen eines Elements (zum Beispiel „Wasserstoff“) oder sein Symbol (zum Beispiel „H“) in das Eingabefeld ein.
2. Der Rechner zeigt den Namen, das Symbol, die Ordnungszahl und die Atommasse des Elements an.
3. Mit der Kopierschaltfläche kann der Wert der Atommasse kopiert werden.

Bei der Suche wird nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden. Namen und Symbole werden unabhängig von ihrer Schreibweise erkannt. Daher liefern „iron“, „Iron“, „Fe“, „fe“ und „FE“ dasselbe Ergebnis: Eisen, Ordnungszahl 26, Atommasse 55,845 u.

Kurze Beispiele

Warum die Atommasse wichtig ist

Molekülmasse berechnen

Die Atommasse ist die Grundlage für die Molekülmasse, also die Masse eines gesamten Moleküls. Dazu wird die Atommasse jedes Elements mit der Anzahl seiner Atome im Molekül multipliziert. Anschließend werden die Ergebnisse addiert.

Wasser (H₂O) enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom:

$(2 \times 1.008) + (1 \times 15.999) = 18.015 \text{ u}$

Kohlenstoffdioxid (CO₂) enthält ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome:

$(1 \times 12.011) + (2 \times 15.999) = 44.009 \text{ u}$

Lösungen herstellen

Chemiker verwenden die Molekülmasse, um die für eine Lösung mit bekannter Konzentration benötigte Menge einer Verbindung abzuwiegen. Bei Natriumchlorid (NaCl) trägt Natrium 22,990 u und Chlor 35,45 u zur Molekülmasse bei. Daraus ergibt sich eine Molekülmasse von 58,44 g/mol. Für die Herstellung eines Liters einer 1-molaren (1 M) NaCl-Lösung müssen 58,44 Gramm Salz abgewogen werden.

Atome mit Gramm verbinden

Ein Mol eines beliebigen Elements wiegt so viele Gramm wie seine Atommasse und enthält etwa 6.022 × 10²³ Atome. Diese dimensionslose Zahl wird als Avogadro-Zahl bezeichnet. Dieser Zusammenhang verbindet die mikroskopische Ebene der Atome mit Massen, die sich auf einer Laborwaage messen lassen. Er bildet die Grundlage für die meisten Berechnungen in der Stöchiometrie, dem Teilgebiet der Chemie, das sich mit den Stoffmengen bei Reaktionen befasst.

Kurze Geschichte der Atommasse

Im Jahr 1803 veröffentlichte John Dalton die erste Tabelle der Atomgewichte. Dabei setzte er Wasserstoff gleich 1 und bestimmte die Werte anderer Elemente relativ dazu. Als Dmitri Mendelejew 1869 das Periodensystem erstellte, indem er die Elemente nach ihrem Atomgewicht ordnete, schienen einige Elemente an der falschen Stelle zu stehen. Dieses Rätsel wurde erst Jahrzehnte später mit der Entdeckung der Isotope gelöst.

Im Jahr 1961 einigten sich Wissenschaftler darauf, Kohlenstoff-12 genau als 12 u zu definieren. Damit wurden frühere Standards auf Sauerstoffbasis ersetzt. Diese Definition dient bis heute als Referenz. Die IUPAC überprüft Messungen der Atomgewichte regelmäßig und aktualisiert die Standardwerte, wenn neue Erkenntnisse dies rechtfertigen. Die Änderungen sind jedoch normalerweise so gering, dass sie gewöhnliche Berechnungen nicht beeinflussen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Atommasse und Atomgewicht?

Streng genommen bezeichnet die Atommasse die Masse eines einzelnen Atoms oder Isotops, während das Atomgewicht den gewichteten Durchschnitt aller natürlich vorkommenden Isotope eines Elements beschreibt. Im alltäglichen Gebrauch, auch in Periodensystemen, werden die beiden Begriffe jedoch als Synonyme verwendet.

Warum sind Atommassen keine ganzen Zahlen?

Weil sie Durchschnittswerte von zwei oder mehr Isotopen mit unterschiedlichen Massen sind. Die Atommasse von Chlor beträgt 35,45 u und liegt damit zwischen den beiden häufigen Isotopen Chlor-35 und Chlor-37, da beide in unterschiedlichen Anteilen in der Natur vorkommen.

Was bedeutet es, wenn eine Atommasse ohne Dezimalstellen angegeben wird, etwa bei Technetium mit 97?

Elemente ohne stabiles Isotop, etwa Technetium und Plutonium, haben keine natürliche Isotopenmischung, aus der ein Durchschnitt berechnet werden könnte. Die IUPAC gibt stattdessen die Massenzahl des langlebigsten bekannten Isotops an, die in eckigen Klammern geschrieben wird. Das langlebigste Technetiumisotop ist Technetium-97. Daher zeigt dieser Rechner 97 an.

Unterscheidet die Elementsuche zwischen Groß- und Kleinschreibung?

Nein. Die Eingaben „fe“, „Fe“ und „FE“ liefern alle Eisen. Dasselbe gilt für Elementnamen.

Wie lässt sich die Molekülmasse einer Verbindung bestimmen?

Multiplizieren Sie die Atommasse jedes Elements mit der Anzahl, mit der es in der Formel vorkommt, und addieren Sie anschließend die Ergebnisse. Für Wasser lautet die Rechnung: (2 × 1,008) + 15,999 = 18,015 u.

Woher stammen die Werte für die Atommassen?

Sie entsprechen den Standard-Atomgewichten der IUPAC, der internationalen Organisation für chemische Nomenklatur und Messstandards. Bei einigen Elementen, darunter Argon und Blei, unterscheiden sich die Werte aus natürlichen Quellen so stark, dass die IUPAC statt eines einzelnen Werts einen Bereich veröffentlicht. Für diese Elemente zeigt der Rechner den von der IUPAC festgelegten konventionellen Wert für Material unbekannter Herkunft: 39,948 u für Argon und 207,2 u für Blei.