Mol, molêre massa en Avogadro se getal

Deeltjies tel deur hulle te weeg

Atome is veel te klein om een vir een te tel, dus tel chemici hulle in vaste bondels, soos 'n winkel eiers per dosyn tel. Die bondel is die mol. Sedert die 2019-hersiening van die SI bevat een mol presies 6.02214076 × 10²³ gespesifiseerde entiteite, en die Avogadro-konstante is presies 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹ gedefinieer. Vir berekeninge is 6.022 × 10²³ mol⁻¹ gewoonlik genoeg.

Die entiteit moet altyd vermeld word. 'n Mol suurstofatome (O) en 'n mol suurstofmolekule (O₂) bevat dieselfde aantal entiteite, maar die tweede bevat twee keer soveel atome en het twee keer die massa. Om die formule langs elke hoeveelheid te skryf, soos in 0.50 mol O₂, voorkom die meeste verwarring wat studente met mol ondervind.

Hoekom gram per mol met die formulegewig ooreenstem

Die standaardatoomgewig van 'n element is 'n dimensielose gemiddelde van sy isotope se massas, geweeg volgens hul natuurlike voorkoms en uitgedruk relatief tot een twaalfde van die massa van 'n koolstof-12-atoom. Die mol is oorspronklik gedefinieer sodat een mol van 'n stof 'n massa in gram het wat numeries gelyk is aan sy atoom- of formulegewig. Sedert die 2019-herdefiniëring is daardie ooreenstemming nie meer volgens definisie presies nie, maar dit geld steeds tot ongeveer een deel in 'n miljard. Chloor se atoomgewig is ongeveer 35.45, dus is sy molêre massa 35.45 g/mol, al het geen enkele chlooratoom daardie massa nie; werklike chloor is 'n mengsel van chloor-35 en chloor-37.

Hierdie gids gebruik IUPAC-standaardatoomgewigte afgerond tot twee desimale plekke: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98 en S 32.06. Om die molêre massa van 'n verbinding te vind, tel die atoomgewigte van elke atoom in die formule bymekaar, en vermenigvuldig elkeen met sy onderskrif en met enige vermenigvuldiger buite hakies.

Vir aluminiumsulfaat, Al₂(SO₄)₃, beteken die hakies drie sulfaatgroepe. Die formule-eenheid bevat dus 2 Al, 3 S en 12 O: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

Die kaart van gram, mol en deeltjies

Elke probleem in hierdie onderwerp is 'n pad deur drie blokkies: massa in gram, hoeveelheid in mol, en getal deeltjies. Molêre massa verbind die eerste twee; die Avogadro-konstante verbind die laaste twee. Mol is altyd die middelste halte. Daar is geen direkte omskakeling van gram na deeltjies wat die mol oorslaan nie.

Binne die deeltjies-blokkie is daar nog een stap. 'n Formule vertel jou hoeveel atome of ione van elke soort in een molekuul of formule-eenheid is, en daardie onderskrifte is presiese telfaktore.

• Gram na mol: deel deur molêre massa (vermenigvuldig met 1 mol / M g).
• Mol na gram: vermenigvuldig met molêre massa.
• Mol na deeltjies: vermenigvuldig met 6.022 × 10²³ per mol.
• Deeltjies na mol: deel deur 6.022 × 10²³ per mol.
• Molekule of formule-eenhede na atome of ione: vermenigvuldig met die onderskrif vir daardie atoom of ioon.

Uitgewerkte voorbeeld: van milligram kafeïen na stikstofatome

'n Monster kafeïen, C₈H₁₀N₄O₂, het 'n massa van 95.0 mg. Hoeveel kafeïenmolekule en hoeveel stikstofatome bevat dit?

Stap 1, molêre massa: 8(12.01) + 10(1.01) + 4(14.01) + 2(16.00) = 96.08 + 10.10 + 56.04 + 32.00 = 194.22 g/mol. Stap 2, skakel die massa om na gram en dan na mol: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g, en 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. Hou die ekstra syfers vir eers.

Stap 3, mol na molekule: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ molekule/mol = 2.9456 × 10²⁰, gerapporteer as 2.95 × 10²⁰ molekule. Stap 4, elke molekuul het vier stikstofatome, 'n presiese telling: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ stikstofatome. Die massa 95.0 mg het drie beduidende syfers, dus het albei antwoorde dit ook.

Kontroleer die grootte: 'n tiende van 'n gram is 'n klein breukdeel van 'n mol van 'n stof met 'n molêre massa van ongeveer 200 g/mol, dus behoort die hoeveelheid ongeveer 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol te wees, en die molekuultelling behoort ver onder 10²³ te wees. Albei kontroles slaag.

Uitgewerkte voorbeeld: van 'n telling formule-eenhede terug na gram

'n Monster aluminiumsulfaat bevat 3.15 × 10²² formule-eenhede. Wat is sy massa, en hoeveel sulfaatione en suurstofatome bevat dit?

Stap 1, deeltjies na mol: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. Stap 2, mol na gram met die molêre massa wat vroeër gevind is: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, gerapporteer as 17.9 g.

Stap 3, gebruik die formule as 'n telgereedskap. Elke formule-eenheid Al₂(SO₄)₃ bevat drie sulfaatione, SO₄²⁻, dus hou die monster 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² sulfaatione. Elke formule-eenheid het 12 suurstofatome, dus hou die monster 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ suurstofatome, 'n bietjie meer as 'n halwe mol suurstofatome. Ioniese verbindings bestaan uit formule-eenhede eerder as molekule, maar die tellogika is identies.

Molfoute wat kom van om die entiteit uit die oog te verloor

Baie molfoute is nie rekenkundige foute nie. Hulle kom van om te vergeet wat getel word of van om 'n faktor in die verkeerde rigting toe te pas. 'n Vinnige skatting voordat jy bereken, vang die meeste daarvan.

Skryf elke hoeveelheid met beide sy eenheid en sy entiteit, soos 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ of 9.45 × 10²² SO₄²⁻-ione, en noem die pyl op die kaart van gram, mol en deeltjies wat elke stap volg. 'n Stap wat by geen pyl pas nie, is gewoonlik die fout.

• Atome en molekule deurmekaarkrap: 1.0 mol O₂ het 'n massa van 32.00 g, nie 16.00 g nie, en bevat 2.0 mol O-atome.
• Die vermenigvuldiger buite hakies ignoreer: in Al₂(SO₄)₃ is daar 12 suurstofatome per formule-eenheid, nie 4 nie.
• Met die Avogadro-konstante vermenigvuldig wanneer deeltjies na mol omgeskakel word: 'n hoeveelheid in mol vir 'n gewone laboratoriummonster behoort 'n matige getal te wees, nie iets naby 10²³ of meer nie.
• 'n Massagetal in plaas van 'n atoomgewig gebruik: chloor is 35.45 g/mol, nie 35 of 37 nie.
• Die mol oorslaan: gram kan nie direk na deeltjies of na gram van 'n ander stof omgeskakel word nie.
• Molêre massa of tussenhoeveelhede te vroeg afrond, wat die laaste gerapporteerde syfer kan verander.