Mole

Contenutul care urmează reprezintă substanța cursului 8. În această prelegere vom aborda molul și numărul lui Avagadro, precum și calculele pentru masa molară și conversiile folosind moli.

Molul (mol) este o unitate de măsură care reprezintă cantitatea unei substanțe pure care conține același număr de unități chimice (atomi, molecule etc.) ca și numărul de atomi din exact 12 grame de carbon-12 (adică, 6,022 X 1023).

Așa că molul este titlul folosit pentru cantitatea de 6,022 x 1023 cam în același mod în care cuvântul „duzină” este folosit pentru cantitatea de 12.

Așa că, dacă ați avea un mol de gogoși, ați avea 6,022 x 1023 gogoși și o durere serioasă de stomac.

Utilizăm molul (mol) pentru a reprezenta cantitatea de substanțe în chimie deoarece numărul de atomi și molecule din fiecare substanță este atât de mare. Valoarea dată 6,022 x 1023 se numește numărul lui Avagadro pentru omul de știință care a descoperit numărul de atomi din 12 grame de carbon 12. De ce să folosim 12 grame? Aceasta este masa atomică teoretică a izotopului Carbon-12 (6 protoni și 6 neutroni). Acest lucru înseamnă că masa atomică sau greutatea atomică (12 grame) a carbonului este egală cu exact 1 mol de carbon.

Utilizând carbonul ca referință, greutățile atomice pe care le vedeți în tabelul periodic sunt, de asemenea, egale cu un mol din acele substanțe:

Litiul, de exemplu, are o masă atomică de 6,941 grame și aceasta este egală cu un mol de litiu. Acesta este motivul pentru care declarăm masele atomice și moleculare în unități de grame pe mol sau g/mol.

Ce putem face cu molii? Folosim această unitate pentru a face calcule bazate pe ecuații chimice echilibrate. Folosim stoichiometria (modalitate sofisticată de a spune raportul molilor într-o ecuație) pentru a face predicții despre cât de mult produs se va obține sau cât de mult reactant este necesar dacă știm o cantitate de moli într-o reacție.

Molii unei substanțe și masa moleculară

Masa molară sau masa moleculară (termeni interschimbabili atâta timp cât ne aflăm pe Pământ) a unei substanțe este totalul tuturor maselor individuale ale elementelor pe care le conține. Pentru a-l folosi pe vechiul nostru prieten apa ca exemplu:

Un mol de apă este compus din 1 mol de oxigen și 2 moli de hidrogen. Masa de oxigen egală cu un mol de oxigen este de 15,998 grame, iar masa unui mol de hidrogen este de 1,008 g. Dacă însumăm cantitățile de grame ale fiecărui element din molecula de apă = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol) obținem masa molară a apei = 18,014g/mol.

Deci dacă am avea exact 18,014g de apă am avea 1 mol de apă.

Practică: Molul și masa molară

Relații cu molul

Motivul pentru care molul este atât de important este acela că folosim molul ca unitate pentru majoritatea relațiilor din chimie. Reacțiile sunt echilibrate pe baza numărului de moli ai fiecărui element din reacție, concentrațiile soluțiilor sunt foarte des descrise în termeni de moli pe litru sau moli pe kg de solvent și am văzut deja că moleculele sau atomii unui element sunt raportate ca moli ai substanței, mai degrabă decât ca număr individual de particule ale acestora.

Să începem discuția despre relații cu relația dintre mol și UAM.

Un AMU reprezintă 1/12 din masa unui atom de Carbon-12 care, conform tabelului periodic, cântărește ~12g. Asta înseamnă că 1 AMU ≈ 1g corect? și deci Carbonul are o masă de 12amu, corect? Dar stați puțin, aceasta nu poate fi masa unui singur atom de carbon, nu-i așa? Aceștia sunt foarte, foarte mici. Și așa este, masa indicată în tabelul periodic este de fapt masa a 6,022 x 1023 atomi de carbon sau a unui mol de atomi de carbon. Deci, în realitate, 1 UMA = 1,66 x 10-24g și în timp ce un atom de carbon cântărește 12 UMA, masa indicată în tabelul periodic este

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

Atunci un singur atom de carbon cântărește 12 amu în timp ce un mol de atomi de carbon cântărește 12,01g/mol.

Calcule cu moli

Există o multitudine de calcule care pot fi efectuate folosind unitatea de moli ca intermediar. Voi trece acum în revistă câteva dintre ele și apoi veți vedea, pe măsură ce vom avansa în subiectele ulterioare, că molii sunt esențiali și pentru aceste calcule.

Calcule tipice cu moli:

1) Calculul masei moleculare sau al masei molare a unui compus

Masa molară a unui compus, numită adesea și masă moleculară cât timp se află pe Pământ, este pur și simplu suma tuturor maselor individuale ale elementelor din compus. Folosiți tabelul periodic ca referință pentru aceste mase și le însumați:

De exemplu, dacă dorim să însumăm masa molară a sulfatului de aluminiu Al2(SO4)3 , trebuie să determinăm numărul și masa fiecărui element din compus. Pentru Sulfatul de aluminiu, totalurile sunt 2 Al, 3 S și 12 O. Iată deci calculele matematice folosind masele atomice date în tabelul periodic:

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

2) Conversia de la grame la moli sau de la moli la grame

După ce cunoașteți masa molară a unui compus, puteți folosi această masă pentru a determina cantitatea de moli dintr-o cantitate de grame a substanței sau, invers, puteți calcula numărul de grame dintr-o cantitate de moli a substanței.

Iată câteva exemple:

Câți moli sunt în 55,4 g de sulfat de aluminiu?

Calculul se stabilește ca o conversie având ca factor de conversie masa molară a sulfatului de aluminiu:

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

Sau, Câte grame de Al2(SO4)3 sunt în 6.34 moli de Al2(SO4)3?

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

3) Conversia în molecule sau atomi

Pe lângă faptul că este o unitate pentru masa molară, molul este, de asemenea, puntea de trecere între masa unei substanțe și atomii sau moleculele sale.

De exemplu, dacă suntem întrebați câte molecule de Al2(SO4)3 se află în cele 55,4 g de Al2(SO4)3 de mai sus, trebuie pur și simplu să calculăm mai întâi numărul de moli ca mai înainte și apoi să folosim numărul lui Avagadro pentru a converti molii în molecule:

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

În plus, dacă am continua problema și am întreba câți atomi de aluminiu sunt în cele 55,4 g de Al2(SO4)3?

Bine, aceasta este o continuare simplă. Trebuie doar să înmulțim cu numărul de atomi de aluminiu din compus:

9,76 x 1022 molecule Al2(SO4)3 x 2 atomi Al/ 1 moleculă Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 atomi Al

Să mai exersăm puțin:

.