A vakond

A következő tartalom a 8. előadás tartalma. Ebben az előadásban a mól és az Avagadro-szám, valamint a moláris tömegre vonatkozó számítások és a mólok segítségével történő átváltások kerülnek tárgyalásra.

A mól (mol) egy mértékegység, amely egy tiszta anyag azon mennyiségét jelenti, amely ugyanannyi kémiai egységet (atomot, molekulát stb.) tartalmaz, mint ahány atom van pontosan 12 gramm szén-12-ben (azaz, 6,022 X 1023).

A mol tehát a 6,022 x 1023-as mennyiségre használt elnevezés, hasonlóan ahhoz, ahogyan a “tucat” szót a 12-es mennyiségre használjuk.

Ha tehát egy mol fánk lenne, akkor 6,022 x 1023 fánkod lenne, és komoly gyomorfájásod lenne.

A kémia területén azért használjuk a mol-t (mol) az anyagok mennyiségének jelölésére, mert az egyes anyagokban lévő atomok és molekulák száma olyan nagy. A megadott 6,022 x 1023-as értéket Avagadro számának nevezik annak a tudósnak, aki 12 gramm szénben lévő atomok számát 12-ben találta meg. Miért használjuk a 12 grammot? Ez a szén-12 izotóp elméleti atomtömege (6 proton és 6 neutron). Ez azt jelenti, hogy a szén atomtömege vagy atomtömege (12 gramm) pontosan 1 mól szénnek felel meg.

A szénnel mint referenciával élve, a periódusos rendszerben látható atomtömegek szintén az adott anyagok egy móljának felelnek meg:

A lítium például 6,941 gramm atomtömegű, és ez egy mól lítiumnak felel meg. Ezért az atom- és molekulatömegeket gramm/mol vagy g/mol egységben adjuk meg.

Mit tudunk kezdeni a mólokkal? Az egységet kiegyensúlyozott kémiai egyenleteken alapuló számításokhoz használjuk. A sztöchiometriát (a mólarányok divatos kifejezése egy egyenletben) arra használjuk, hogy előrejelzéseket készítsünk arra vonatkozóan, hogy mennyi termék keletkezik, illetve mennyi reagensre lesz szükség, ha egy mólmennyiséget ismerünk egy reakcióban.

Az anyag moláris tömege és a molekulatömeg

Az anyag moláris tömege vagy molekulatömege (felcserélhető kifejezések, amíg a Földön vagyunk) a benne lévő elemek egyedi tömegének összege. Hogy régi barátunkat, a vizet használjuk példaként:

Egy mol víz 1 mol oxigénből és 2 mol hidrogénből áll. Az egy mol oxigénnek megfelelő oxigén tömege 15,998 gramm, egy mol hidrogén tömege pedig 1,008 g. Ha a vízmolekulában lévő egyes elemek grammnyi tömegét összeadjuk = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol), akkor megkapjuk a víz moláris tömegét = 18,014g/mol.

Ha tehát pontosan 18,014 g vízzel rendelkeznénk, akkor 1 mól vízünk lenne.

gyakorlat: Mol és moláris tömeg

Moláris összefüggések

A mol azért olyan fontos, mert a kémia legtöbb összefüggésében a mólt használjuk egységként. A reakciókat a reakcióban részt vevő egyes elemek móljainak száma alapján egyensúlyozzuk, az oldatok koncentrációit nagyon gyakran literenkénti mólban vagy oldószer-kilogrammonkénti mólban írjuk le, és már láttuk, hogy egy elem molekuláit vagy atomjait az anyag móljaként, nem pedig részecskéik egyedi számaként adjuk meg.

Az összefüggések tárgyalását kezdjük a mol és az AMU közötti összefüggéssel.

Egy AMU egy szén-12 atom tömegének 1/12 része, amely a periódusos rendszer szerint ~12 g tömegű. Ez azt jelenti, hogy 1 AMU ≈ 1g, igaz? és így a szén tömege 12amu, igaz? De várjunk csak, ez nem lehet egyetlen szénatom tömege, igaz? Ezek nagyon-nagyon aprók. És ez így van, a periódusos rendszerben feltüntetett tömeg valójában 6,022 x 1023 szénatom tömege vagy egy mol szénatom tömege. Tehát a valóságban 1 AMU = 1,66 x 10-24g, és míg egy szénatom tömege 12 AMU, a periódusos rendszerben feltüntetett tömeg

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

Egyetlen szénatom tömege tehát 12 amu, míg egy mol szénatom tömege 12,01g/mol.

Mólszámítások

Számítások sokasága végezhető el a mol egységét, mint köztes egységet használva. Ezek közül most áttekintek néhányat, majd a későbbi témakörökben haladva látni fogjátok, hogy a mólok ezekhez a számításokhoz is elengedhetetlenek.

Típusos mólszámítások:

1) Egy vegyület molekulatömegének vagy moláris tömegének kiszámítása

A vegyület móltömege, amelyet a Földön gyakran molekulatömegnek is neveznek, egyszerűen a vegyületben lévő összes egyes elem tömegének összege. Ezeket a tömegeket a periódusos rendszerből vesszük alapul, és összegezzük őket:

Ha például az alumínium-szulfát Al2(SO4)3 moláris tömegét akarjuk összegezni, meg kell határoznunk a vegyületben lévő egyes elemek számát és tömegét. Az alumínium-szulfát esetében az összegek 2 Al, 3 S és 12 O. Tehát itt a matematika a periódusos rendszerben megadott atomtömegek felhasználásával:

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

2) Átváltás grammról mólra vagy mólról grammra

Ha ismerjük egy vegyület moláris tömegét, akkor ezt a tömeget felhasználhatjuk az anyag grammnyi mennyiségében lévő mólok mennyiségének meghatározásához, vagy fordítva, kiszámíthatjuk az anyag molnyi mennyiségében lévő grammok számát.

Itt van néhány példa:

Hány mól van 55,4 g alumínium-szulfátban?

A számítás úgy történik, mint egy átváltás, ahol az alumínium-szulfát moláris tömege az átváltási tényező:

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

Vagy: Hány gramm Al2(SO4)3 van 6.34 mol Al2(SO4)3?

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

3) Átváltás molekulákra vagy atomokra

Amellett, hogy a moláris tömeg egysége, a mol egy anyag tömege és atomjai vagy molekulái közötti átjárás is.

Például, ha azt kérdezzük, hogy hány molekula Al2(SO4)3 van a fenti 55,4 g Al2(SO4)3-ban, akkor egyszerűen először ki kell számolnunk a mólok számát, mint korábban, majd az Avagadro-szám segítségével át kell számolnunk a mólokat molekulákra:

0.162 mol Al2(SO4)3 x 6,022 x 1023 molekula Al2(SO4)3/ 1 mol Al2(SO4)3 =

Még ha folytatnánk a feladatot, és megkérdeznénk, hogy hány alumíniumatom van az 55,4 g Al2(SO4)3-ban?

Hát ez egy egyszerű folytatás. Csak meg kell szoroznunk a vegyületben lévő alumínium atomok számával:

9,76 x 1022 molekula Al2(SO4)3 x 2 atom Al/ 1 molekula Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 Al atom

Még gyakoroljunk egy kicsit: