Mooli

Seuraava sisältö on luennon 8 sisältö. Tällä luennolla käsittelemme moolia ja Avagadron lukua sekä moolimassan laskutoimituksia ja muunnoksia mooleja käyttäen.

Mooli (mol) on mittayksikkö, joka on puhtaan aineen määrä, joka sisältää saman määrän kemiallisia yksiköitä (atomeja, molekyylejä jne.) kuin tasan 12 grammassa hiili-12:ta on atomeja (ts, 6,022 X 1023).

Mooli on siis nimitys, jota käytetään määrästä 6,022 x 1023 samalla tavalla kuin sanaa ”tusina” käytetään määrästä 12.

Jos siis sinulla olisi mooli donitseja, sinulla olisi 6,022 x 1023 donitsia ja vakava vatsakipu.

Käytämme moolia (mol) kuvaamaan aineiden määriä kemiassa, koska kussakin aineessa olevien atomien ja molekyylien määrä on niin suuri. Annettua arvoa 6,022 x 1023 kutsutaan Avagadron luvuksi sen tiedemiehen mukaan, joka löysi atomien lukumäärän 12 grammassa hiiltä 12. Miksi käytetään 12 grammaa? Tämä on hiili-12-isotoopin teoreettinen atomimassa (6 protonia ja 6 neutronia). Tämä tarkoittaa, että hiilen atomimassa tai atomipaino (12 grammaa) vastaa täsmälleen yhtä moolia hiiltä.

Käyttäen hiiltä vertailukohtana, jaksollisessa järjestelmässä näkyvät atomipainot vastaavat myös yhtä moolia kyseisiä aineita:

Lithiumin atomimassa on esimerkiksi 6,941 grammaa, ja tämä vastaa yhtä moolia litiumia. Siksi ilmoitamme atomi- ja molekyylimassat yksiköissä grammaa moolia kohti eli g/mol.

Mitä voimme tehdä mooleilla? Käytämme yksikköä tasapainotettuihin kemiallisiin yhtälöihin perustuvien laskelmien tekemiseen. Käytämme stoikiometriaa (hieno tapa sanoa moolisuhteet yhtälössä) tehdäksemme ennusteita siitä, kuinka paljon tuotetta syntyy tai reagoivaa ainetta tarvitaan, jos tiedämme yhden moolimäärän reaktiossa.

Aineen moolimassa ja molekyylipaino

Aineen moolimassa tai molekyylipaino (vaihdettavat termit niin kauan kuin olemme maapallolla) on sen sisältämien alkuaineiden kaikkien yksittäisten massojen summa. Esimerkkinä vanha ystävämme vesi:

Yksi mooli vettä koostuu yhdestä moolista happea ja kahdesta moolista vetyä. Yhden moolin happea vastaava hapen massa on 15,998 grammaa ja yhden moolin vedyn massa on 1,008 g. Jos laskemme yhteen kunkin alkuaineen grammamäärät vesimolekyylissä = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol), saamme veden moolimassaksi = 18,014g/mol.

Jos meillä olisi siis tasan 18,014g vettä, meillä olisi 1 mooli vettä.

Harjoitus: Mooli ja moolimassa

Moolin suhteet

Syy, miksi mooli on niin tärkeä, on se, että käytämme moolia yksikkönä useimmissa kemian suhteissa. Reaktiot tasapainotetaan kunkin alkuaineen moolien lukumäärän perusteella, liuosten konsentraatiot kuvataan hyvin usein mooleina litrassa tai mooleina kilogrammassa liuotinta, ja olemme jo nähneet, että alkuaineen molekyylit tai atomit ilmoitetaan aineen mooleina eikä niiden yksittäisten hiukkasten lukumääränä.

Aloitetaan suhdekeskustelu moolin ja AMU:n välisestä suhteesta.

A AMU on 1/12 Hiili-12-atomin massasta, joka jaksollisen järjestelmän mukaan painaa ~12g. Tämä tarkoittaa, että 1 AMU ≈ 1g eikö? ja näin ollen hiilen massa on 12amu, eikö? Mutta hetkinen, eihän tämä voi olla yksittäisen hiiliatomin massa? Ne ovat todella, todella pieniä. Ja se on oikein, jaksollisessa järjestelmässä esitetty massa on itse asiassa 6,022 x 1023 hiiliatomin massa tai mooli hiiliatomia. Todellisuudessa siis 1 AMU = 1,66 x 10-24g ja vaikka hiiliatomi painaa 12 AMU, jaksollisen järjestelmän osoittama massa on

12 atomia x 1,66 x 10-24g x 6.022 x 1023 atomia/ mol= 12 g/mol

Yksittäinen hiiliatomi painaa siis 12 amu, kun taas mooli hiiliatomeja painaa 12,01g/mol.

Moolien laskutoimitukset

On olemassa lukuisia laskutoimituksia, jotka voidaan suorittaa käyttäen yksikkönä mooleja välituotteena. Käyn nyt läpi muutaman niistä, ja myöhempien aiheiden edetessä huomaatte, että mooleilla on olennainen merkitys myös näissä laskutoimituksissa.

Tyypillisiä moolien laskutoimituksia:

1) Yhdisteen molekyylipainon tai molaarisen massan laskeminen

Yhdisteen molaarinen massa tai molaarinen massa, jota kutsutaan usein myös nimellä molekyylipaino, kun se on maapallolla, on yksinkertaisesti yhdisteessä olevien alkuaineiden yksittäisten molekyylimassa-aineiden massojen summa. Käytät näiden massojen vertailukohtana jaksollista järjestelmää ja lasket ne yhteen:

Jos esimerkiksi haluamme laskea yhteen alumiinisulfaatin Al2(SO4)3 molaarisen massan, meidän on määritettävä jokaisen yhdisteessä olevan alkuaineen lukumäärä ja massa. Alumiinisulfaatin kokonaismäärät ovat 2 Al, 3 S ja 12 O. Tässä siis matematiikka käyttäen jaksollisessa järjestelmässä annettuja atomimassoja:

2(26,98 g/mol) + 3( 32,07 g/mol) + 12(16,00 g/mol) = 342.17 g/mol

2) Muunnos grammoista mooleiksi tai mooleista grammoiksi

Kun tiedät yhdisteen moolimassan, voit käyttää tätä massaa määrittääksesi moolien määrän aineen grammamäärässä tai päinvastoin voit laskea grammojen määrän aineen moolimäärässä

Tässä on muutamia esimerkkejä:

Miten monta moolia on 55,4 g:ssa alumiinisulfaattia?

Laskelma asetetaan muuntokertoimena alumiinisulfaatin moolimassaa käyttäen:

55.4g Al2(SO4)3 x 1 mol Al2(SO4)3/342,17 g Al2(SO4)3 = 0,162 mol Al2(SO4)3

Vai, Kuinka monta grammaa Al2(SO4)3 on 6.34 moolia Al2(SO4)3:a?

6,34 mol Al2(SO4)3 x 342,17 g Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 = 2,17 x 103 Al2(SO4)3

3) Muuntelu molekyyleiksi tai atomeiksi

Mooli on paitsi moolimassan yksikkö, myös aineen massan ja sen atomien tai molekyylien välinen yhdysside.

Jos esimerkiksi kysytään, kuinka monta moolia Al2(SO4)3:a on edellä mainitussa 55,4 g:ssa Al2(SO4)3:a, meidän on yksinkertaisesti ensin laskettava moolien lukumäärä, kuten edellä, ja sen jälkeen käytettävä Avagadron lukua moolien muuntamiseksi molekyyleiksi:

0.162 mol Al2(SO4)3 x 6.022 x 1023 molekyyliä Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 =

Jos lisäksi jatkaisimme ongelmaa ja kysyisimme, kuinka monta alumiiniatomia oli 55.4 g:ssa Al2(SO4)3:a?

Niin, se on yksinkertainen jatko. Meidän tarvitsee vain kertoa yhdisteen sisältämien alumiiniatomien lukumäärällä:

9.76 x 1022 molekyyliä Al2(SO4)3 x 2 atomia Al/ 1 molekyyli Al2(SO4)3 = 1.95 x 1023 Al-atomia

Harjoitellaan lisää: