De Mol

De inhoud die volgt is de stof van college 8. In dit college behandelen we de Mol en het getal van Avagadro, evenals de berekeningen voor de molmassa en omrekeningen met behulp van mollen.

De MOL (mol) is een meeteenheid die de hoeveelheid is van een zuivere stof die hetzelfde aantal chemische eenheden (atomen, moleculen enz.) bevat als er atomen zijn in precies 12 gram koolstof-12 (d.w.z., 6,022 X 1023).

De mol is dus de benaming voor de hoeveelheid 6,022 x 1023, net zoals het woord “dozijn” wordt gebruikt voor de hoeveelheid 12.

Als je dus een mol donuts had, had je 6,022 x 1023 donuts en erge buikpijn.

We gebruiken de mol (mol) om de hoeveelheid stoffen in de scheikunde weer te geven, omdat het aantal atomen en moleculen in elke stof zo groot is. De gegeven waarde 6,022 x 1023 wordt het getal van Avagadro genoemd, naar de wetenschapper die het aantal atomen in 12 gram koolstof 12 vond. Waarom 12 gram? Dit is de theoretische atoommassa van de koolstof-12 isotoop (6 protonen en 6 neutronen). Dit betekent dat de atoommassa of het atoomgewicht (12 gram) van koolstof gelijk is aan precies 1 mol koolstof.

Met koolstof als referentie zijn de atoomgewichten die je in het periodiek systeem ziet ook gelijk aan 1 mol van die stoffen:

Lithium bijvoorbeeld heeft een atoommassa van 6,941 gram en dit is gelijk aan 1 mol lithium. Daarom geven we de atoommassa en de molecuulmassa aan in eenheden van gram per mol of g/mol.

Wat kunnen we met mollen doen? We gebruiken de eenheid om berekeningen te maken op basis van evenwichtige chemische vergelijkingen. We gebruiken de stoichiometrie (sjieke manier om molverhoudingen in een vergelijking te zeggen) om voorspellingen te doen over hoeveel product er gemaakt zal worden of hoeveel reactant er nodig is als we één molhoeveelheid in een reactie kennen.

Mol van een stof en de Moleculaire Gewicht

De Molaire massa of Moleculaire Gewicht (verwisselbare termen zolang we op aarde zijn) van een stof is het totaal van alle individuele massa’s van de elementen die het bevat. Om onze oude vriend water als voorbeeld te nemen:

Een mol water is samengesteld uit 1 mol zuurstof en twee mol waterstof. De massa van zuurstof gelijk aan één mol zuurstof is 15,998 gram en de massa van één mol waterstof is 1,008 g. Als we de gramhoeveelheden van elk element in de watermolecule optellen = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol) krijgen we de molaire massa van water = 18,014g/mol.

Als we dus precies 18,014g water hadden, zouden we 1 mol water hebben.

Practicum: Mol en molmassa

Molrelaties

De reden waarom de mol zo belangrijk is, is omdat we de mol gebruiken als eenheid voor de meeste relaties in de scheikunde. Reacties worden in evenwicht gebracht op basis van het aantal mol van elk element in de reactie, oplossingsconcentraties worden heel vaak beschreven in termen van mol per liter of mol per kg oplosmiddel en we hebben al gezien dat de moleculen of atomen van een element worden gerapporteerd als mol van de stof in plaats van het individuele aantal van hun deeltjes.

Laten we de relatiebespreking beginnen met de relatie tussen de mol en de AMU.

Een AMU is 1/12 van de massa van een koolstof-12 atoom dat volgens het periodiek systeem ~12g weegt. Dit betekent dat 1 AMU ≈ 1g toch? en dus heeft Koolstof een massa van 12amu, correct? Maar wacht, dit kan niet de massa van een enkel koolstofatoom zijn, toch? Ze zijn echt, echt heel klein. En dat klopt, de massa in het periodiek systeem is in feite de massa van 6,022 x 1023 koolstofatomen of een mol koolstofatomen. Dus in werkelijkheid is 1 AMU = 1,66 x 10-24g en terwijl een koolstofatoom 12 AMU weegt, is de in het periodiek systeem getoonde massa

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

Dus een enkel koolstofatoom weegt 12 amu terwijl een mol koolstofatomen 12,01g/mol weegt.

Mol Berekeningen

Er zijn tal van berekeningen die kunnen worden uitgevoerd met de eenheid van mol als tussenproduct. Ik laat er nu een paar de revue passeren en dan zul je bij latere onderwerpen zien dat mollen ook voor die berekeningen essentieel zijn.

Typische molberekeningen:

1) Berekening van het molecuulgewicht of molmassa van een verbinding

De molmassa van een verbinding, ook vaak het molecuulgewicht genoemd, is eenvoudigweg de som van de massa’s van alle afzonderlijke elementen in de verbinding. Je gebruikt het periodiek systeem als referentie voor deze massa’s en telt ze bij elkaar op:

Bij voorbeeld, als we de molaire massa van Aluminiumsulfaat Al2(SO4)3 willen optellen, moeten we het aantal en de massa van elk element in de verbinding bepalen. Voor Aluminiumsulfaat zijn de totalen 2 Al, 3 S en 12 O. Dus hier is de wiskunde met behulp van de atoommassa’s gegeven in het periodiek systeem:

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

2) Omrekening van grammen naar mol of van mol naar gram

Als je eenmaal de molaire massa van een verbinding weet, kun je die massa gebruiken om het aantal mol in een gram hoeveelheid van de stof te bepalen of omgekeerd kun je het aantal grammen in een mol hoeveelheid van de stof berekenen.

Hier volgen enkele voorbeelden:

Hoeveel mol zit er in 55,4g Aluminiumsulfaat?

De berekening is opgezet als een omrekening met de molmassa van Aluminiumsulfaat als omrekenfactor:

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

Of, hoeveel gram Al2(SO4)3 zit er in 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) Omrekening naar moleculen of atomen

Naast een eenheid voor molaire massa is de mol ook de verbinding tussen de massa van een stof en zijn atomen of moleculen.

Bijv. de vraag hoeveel moleculen Al2(SO4)3 er in de bovenstaande 55,4 g Al2(SO4)3 zitten, hoeven we alleen maar eerst het aantal mol te berekenen en vervolgens het getal van Avagadro te gebruiken om de mol om te rekenen naar molecuul:

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

En als we het probleem nu eens voortzetten en vragen hoeveel aluminiumatomen er in de 55,4 gram Al2(SO4)3 zitten?

Dat is een eenvoudige voortzetting. We hoeven alleen maar te vermenigvuldigen met het aantal atomen Aluminium in de verbinding:

9,76 x 1022 Moleculen Al2(SO4)3 x 2 atomen Al/ 1 molecuul Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 Al atomen

Laten we nog wat meer oefenen: