Mole

Innehållet som följer är innehållet i föreläsning 8. I den här föreläsningen tar vi upp molet och Avagadros tal samt beräkningar av molarmassa och omräkningar med hjälp av mol.

Molet (mol) är en måttenhet som är mängden av ett rent ämne som innehåller lika många kemiska enheter (atomer, molekyler etc.) som det finns atomer i exakt 12 gram kol-12 (dvs, 6,022 X 1023).

Mole är alltså den benämning som används för mängden 6,022 x 1023 på samma sätt som ordet ”dussin” används för mängden 12.

Så om du hade en mol av munkar skulle du ha 6,022 x 1023 munkar och rejäla magsmärtor.

Vi använder mol (mol) för att representera mängden ämnen i kemin eftersom antalet atomer och molekyler i varje ämne är så stort. Det angivna värdet 6,022 x 1023 kallas Avagadros tal efter den vetenskapsman som fann antalet atomer i 12 gram kol 12. Varför använda 12 gram? Det är den teoretiska atommassan för kol-12-isotopen (6 protoner och 6 neutroner). Detta innebär att atommassan eller atomvikten (12 gram) av kol är lika med exakt 1 mol kol.

Med kol som referens är de atomvikter du ser i det periodiska systemet också lika med en mol av dessa ämnen:

Litium har till exempel en atommassa på 6,941 gram och detta är lika med en mol av litium. Det är därför vi anger atom- och molekylmassorna i enheterna gram per mol eller g/mol.

Vad kan vi göra med mol? Vi använder enheten för att göra beräkningar baserade på balanserade kemiska ekvationer. Vi använder stökiometri (ett finare sätt att säga molförhållanden i en ekvation) för att göra förutsägelser om hur mycket produkt som kommer att tillverkas eller hur mycket reaktant som behövs om vi känner till en molmängd i en reaktion.

Mol av ett ämne och molekylvikt

Molmassan eller molekylvikten (utbytbara termer så länge vi befinner oss på jorden) av ett ämne är summan av alla individuella massor av de element som det innehåller. För att använda vår gamla vän vatten som exempel:

En mol vatten består av en mol syre och två mol väte. Massan av syre som motsvarar en mol syre är 15,998 gram och massan av en mol väte är 1,008 g. Om vi summerar gramm mängderna av varje element i vattenmolekylen = 15,998g/mol + 2(1,008g/mol) får vi vattnets molära massa = 18,014g/mol.

Så om vi hade exakt 18,014 g vatten skulle vi ha 1 mol vatten.

Praktik: Mol och molär massa

Molrelationer

Anledningen till att mol är så viktig är att vi använder mol som enhet för de flesta relationer i kemi. Reaktioner balanseras utifrån antalet mol av varje grundämne i reaktionen, koncentrationer i lösningar beskrivs mycket ofta i termer av mol per liter eller mol per kg lösningsmedel och vi har redan sett att molekyler eller atomer av ett grundämne rapporteras som mol av ämnet snarare än den individuella räkningen av deras partiklar.

Låt oss börja diskussionen om förhållandet med förhållandet mellan mol och AMU.

En AMU är 1/12 av massan hos en kol-12 atom som enligt det periodiska systemet väger ~12g. Detta innebär att 1 AMU ≈ 1g eller hur? och därmed har kolet en massa på 12amu, eller hur? Men vänta, detta kan inte vara massan av en enda kolatom eller hur? De är verkligen, verkligen små. Och det stämmer, den massa som visas i det periodiska systemet är faktiskt massan av 6,022 x 1023 kolatomer eller en mol kolatomer. Så i verkligheten är 1 AMU = 1,66 x 10-24g och medan en kolatom väger 12 AMU är den massa som anges i det periodiska systemet

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

Så en enda kolatom väger 12 amu medan en mol kolatomer väger 12,01g/mol.

Molberäkningar

Det finns en uppsjö av beräkningar som kan utföras med enheten mol som mellanled. Jag kommer att gå igenom några av dem nu och sedan kommer du att se när vi går vidare i senare ämnen att mol är viktigt även för dessa beräkningar.

Typiska molberäkningar:

1) Beräkning av molekylvikten eller molarmassan för en förening

Molarmassan för en förening, som också ofta kallas för molekylvikten när den befinner sig på jorden, är helt enkelt summan av alla de individuella elementmassorna i föreningen. Man använder det periodiska systemet som referens för dessa massor och summerar dem:

Om vi till exempel vill summera den molära massan av aluminiumsulfat Al2(SO4)3 måste vi bestämma antalet och massan av varje element i föreningen. För aluminiumsulfat är totalerna 2 Al, 3 S och 12 O. Så här är matematiken med hjälp av de atommassor som anges i det periodiska systemet:

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

2) Omräkning från gram till mol eller mol till gram

När du känner till den molära massan för en förening kan du använda den massan för att bestämma antalet mol i en gramm mängd av ämnet eller omvänt kan du beräkna antalet gram i en molmängd av ämnet.

Här är några exempel:

Hur många mol finns i 55,4 g aluminiumsulfat?

Beräkningen är uppbyggd som en omräkning med aluminiumsulfatets molmassa som omräkningsfaktor:

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

Och hur många gram Al2(SO4)3 finns i 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) Omräkning till molekyler eller atomer

Mole är inte bara en enhet för molär massa, utan är också en gateway mellan massan av ett ämne och dess atomer eller molekyler.

Till exempel, om man frågar hur många molekyler Al2(SO4)3 som finns i de 55,4 g Al2(SO4)3 ovan behöver vi helt enkelt först beräkna antalet mol som tidigare och sedan använda Avagadros tal för att omvandla molerna till molekyler:

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

Och om vi fortsatte problemet och frågade hur många aluminiumatomer som fanns i 55,4 g Al2(SO4)3?

Det är en enkel fortsättning. Vi behöver bara multiplicera med antalet aluminiumatomer i föreningen:

9,76 x 1022 molekyler Al2(SO4)3 x 2 atomer Al/ 1 molekyl Al2(SO4)3 = 1,95 x 1023 Al-atomer

Vi kan öva lite till: