O Mole

O conteúdo que se segue é a substância da palestra 8. Nesta palestra nós cobrimos o Número de Moles e Avagadro assim como os cálculos para a Massa Molar e conversões usando moles.

O MOLE (mol) é uma unidade de medida que é a quantidade de uma substância pura contendo o mesmo número de unidades químicas (átomos, moléculas, etc.) que há átomos em exatamente 12 gramas de carbono-12 (ou seja, 6.022 X 1023).

Então a toupeira é o título usado para a quantidade 6.022 x 1023 da mesma forma que a palavra “dúzia” é usada para a quantidade 12.

Então se você tivesse uma toupeira de donuts você teria 6.022 x 1023 donuts e uma séria dor de estômago.

Usamos a toupeira (mol) para representar a quantidade de substâncias em química porque o número de átomos e moléculas em cada substância é tão grande. O valor dado 6,022 x 1023 é chamado de número Avagadro para o cientista que encontrou o número de átomos em 12 gramas de carbono 12. Porquê usar 12 gramas? Esta é a massa atômica teórica do isótopo Carbono 12 (6 prótons e 6 nêutrons). Isto significa que a massa atômica ou peso atômico (12 gramas) de carbono é igual a exatamente 1 mole de carbono.

Usando carbono como referência, os pesos atômicos que você vê na tabela periódica são também iguais a uma mole dessas substâncias:

Lithium por exemplo tem uma massa atômica de 6,941 gramas e isto é igual a uma mole de lítio. É por isso que indicamos as massas atômicas e moleculares em unidades de gramas por mole ou g/mol.

O que podemos fazer com as toupeiras? Nós usamos a unidade para fazer cálculos baseados em equações químicas balanceadas. Usamos a estequiometria (forma chique de dizer as proporções de toupeira em uma equação) para fazer previsões sobre a quantidade de produto que será feita ou reagente necessário se sabemos a quantidade de uma toupeira em uma reação.

Molares de uma substância e o Peso Molecular

A massa Molar ou Peso Molecular (termos intercambiáveis enquanto estivermos na Terra) de uma substância é o total de todas as massas individuais dos elementos que ela contém. Para usar a água do nosso velho amigo como exemplo:

Uma molécula de Água é composta por 1 molécula de Oxigénio e duas moléculas de Hidrogénio. A massa de oxigênio igual a uma molécula de oxigênio é 15,998 gramas e a massa de uma molécula de hidrogênio é 1,008 g. Se totalizarmos as quantidades gramas de cada elemento na molécula da água = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol) obtemos a massa molar da água = 18,014g/mol.

Então se tivéssemos exactamente 18.014g de água teríamos 1 molécula de água.

Prática: Massa molecular e molar

Relações molares

A razão pela qual a toupeira é tão importante é porque usamos a toupeira como a unidade para a maioria das relações em química. As reacções são equilibradas com base no número de toupeiras de cada elemento na reacção, as concentrações de solução são muito frequentemente descritas em termos de toupeiras por litro ou toupeiras por kg de solvente e já vimos que as moléculas ou átomos de um elemento são relatados como toupeiras da substância em vez da contagem individual das suas partículas.

Deixamos começar a discussão da relação com a relação entre a toupeira e a UMA.

Uma UMA é 1/12 a massa de um átomo de Carbono-12 que de acordo com a tabela periódica pesa ~12g. Isto significa que 1 UM AMU ≈ 1g certo? e portanto Carbono tem uma massa de 12amu, correto? Mas espere, esta não poderia ser a massa de um único átomo de carbono, certo? Eles são muito, muito pequenos. E isso é correto, a massa mostrada na tabela periódica é na verdade a massa de 6,022 x 1023 átomos de carbono ou uma toupeira de átomos de carbono. Então na realidade, 1 AMU = 1,66 x 10-24g e enquanto um átomo de carbono pesa 12 AMU, a massa mostrada na tabela periódica é

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

Então um único átomo de carbono pesa 12 amu enquanto uma toupeira de átomos de carbono pesa 12,01g/mol.

Mol Cálculos

Existem uma infinidade de cálculos que podem ser realizados usando a unidade de toupeiras como intermediário. Vou rever alguns deles de vez em quando e, em seguida, você verá ao longo de tópicos posteriores que as toupeiras também são essenciais para esses cálculos.

Cálculos de toupeiras típicas:

1) Cálculo do peso molecular ou massa molar de um composto

A massa molar de um composto também chamada frequentemente de massa molecular enquanto na Terra, é simplesmente a soma de todas as massas de elementos individuais no composto. Você usa a tabela periódica como referência para essas massas e totalizá-las:

Por exemplo, se quisermos totalizar a massa molar do sulfato de alumínio Al2(SO4)3 , precisamos determinar o número e a massa de cada elemento no composto. Para o sulfato de alumínio os totais são 2 Al, 3 S e 12 O. Portanto, aqui está a matemática usando as massas atômicas dadas na tabela periódica:

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

2) Conversão de Gramas para Toupeiras ou Toupeiras para Gramas

A partir do momento em que você conhece a massa molar de um composto, você pode usar essa massa para determinar a quantidade de toupeiras em uma quantidade de grama da substância ou, inversamente, você pode calcular o número de gramas em uma quantidade molar da substância.

Aqui estão alguns exemplos:

Quantas toupeiras estão em 55,4g de sulfato de alumínio?

O cálculo é configurado como uma conversão com a massa molar de sulfato de alumínio como fator de conversão:

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

Or, Quantas gramas de Al2(SO4)3 estão em 6.34 mol de 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) Conversão para Moléculas ou Átomos

Além de ser uma unidade para massa molar, a molécula é também a porta de entrada entre a massa de uma substância e seus átomos ou moléculas.

Por exemplo, se nos perguntarem quantas moléculas de Al2(SO4)3 estão nos 55,4 g de Al2(SO4)3 acima, simplesmente precisamos primeiro calcular o número de moléculas como antes e depois usar o número de Avagadro para converter as moléculas em moléculas:

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

Outras vezes se continuássemos com o problema e perguntássemos quantos átomos de alumínio estavam nos 55,4 g de Al2(SO4)3?

Bem, isso é uma simples continuação. Só precisamos de multiplicar pelo número de átomos de alumínio no composto:

9,76 x 1022 Moléculas Al2(SO4)3 x 2 átomos Al/ 1 molécula Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 átomos Al

Prática de mais um pouco: