Mol, Massa Molar, dan Bilangan Avogadro

Menghitung partikel dengan menimbangnya

Atom jauh terlalu kecil untuk dihitung satu per satu, sehingga para kimiawan menghitungnya dalam kelompok tetap, seperti toko menghitung telur per lusin. Kelompok itu adalah mol. Sejak revisi SI tahun 2019, satu mol mengandung tepat 6.02214076 × 10²³ entitas tertentu, dan tetapan Avogadro didefinisikan tepat sebesar 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹. Untuk perhitungan, 6.022 × 10²³ mol⁻¹ biasanya sudah cukup.

Entitasnya harus selalu dinyatakan. Satu mol atom oksigen (O) dan satu mol molekul oksigen (O₂) mengandung jumlah entitas yang sama, tetapi yang kedua mengandung atom dua kali lebih banyak dan bermassa dua kali lipat. Menuliskan rumus di samping setiap jumlah, seperti pada 0.50 mol O₂, mencegah sebagian besar kebingungan yang dihadapi siswa tentang mol.

Mengapa gram per mol sesuai dengan bobot rumus

Bobot atom standar suatu unsur adalah rata-rata tak berdimensi dari massa isotop-isotopnya, dibobot menurut kelimpahan alaminya dan dinyatakan relatif terhadap seperdua belas massa atom karbon-12. Mol semula didefinisikan sehingga satu mol zat memiliki massa dalam gram yang secara numerik sama dengan bobot atom atau bobot rumusnya. Sejak redefinisi 2019, kesesuaian itu tidak lagi eksak menurut definisi, tetapi masih berlaku sampai sekitar satu bagian dalam satu miliar. Bobot atom klorin sekitar 35.45, sehingga massa molarnya 35.45 g/mol, meskipun tidak ada satu atom klorin pun yang bermassa demikian; klorin yang sebenarnya adalah campuran klorin-35 dan klorin-37.

Panduan ini memakai bobot atom standar IUPAC yang dibulatkan sampai dua tempat desimal: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98, dan S 32.06. Untuk menemukan massa molar suatu senyawa, jumlahkan bobot atom setiap atom dalam rumus, dengan mengalikan masing-masing dengan subskripnya dan dengan pengali apa pun di luar tanda kurung.

Untuk aluminium sulfat, Al₂(SO₄)₃, tanda kurung berarti tiga gugus sulfat. Satuan rumus itu karena itu mengandung 2 Al, 3 S, dan 12 O: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

Peta gram, mol, dan partikel

Setiap soal dalam topik ini adalah jalur melalui tiga kotak: massa dalam gram, jumlah zat dalam mol, dan jumlah partikel. Massa molar menghubungkan dua yang pertama; tetapan Avogadro menghubungkan dua yang terakhir. Mol selalu menjadi perhentian di tengah. Tidak ada konversi langsung dari gram ke partikel yang melewati mol.

Di dalam kotak partikel ada satu langkah lagi. Rumus memberi tahu Anda berapa banyak atom atau ion tiap jenis dalam satu molekul atau satuan rumus, dan subskrip itu adalah faktor pencacahan yang eksak.

• Gram ke mol: bagi dengan massa molar (kalikan dengan 1 mol / M g).
• Mol ke gram: kalikan dengan massa molar.
• Mol ke partikel: kalikan dengan 6.022 × 10²³ per mol.
• Partikel ke mol: bagi dengan 6.022 × 10²³ per mol.
• Molekul atau satuan rumus ke atom atau ion: kalikan dengan subskrip untuk atom atau ion tersebut.

Contoh soal: dari miligram kafein ke atom nitrogen

Sampel kafein, C₈H₁₀N₄O₂, bermassa 95.0 mg. Berapa banyak molekul kafein dan atom nitrogen yang dikandungnya?

Langkah 1, massa molar: 8(12.01) + 10(1.01) + 4(14.01) + 2(16.00) = 96.08 + 10.10 + 56.04 + 32.00 = 194.22 g/mol. Langkah 2, konversikan massa ke gram lalu ke mol: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g, dan 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. Simpan dulu angka tambahannya.

Langkah 3, mol ke molekul: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ molekul/mol = 2.9456 × 10²⁰, dilaporkan sebagai 2.95 × 10²⁰ molekul. Langkah 4, setiap molekul memiliki empat atom nitrogen, jumlah yang eksak: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ atom nitrogen. Massa 95.0 mg memiliki tiga angka penting, sehingga kedua jawaban juga demikian.

Periksa ukurannya: sepersepuluh gram adalah pecahan kecil dari satu mol zat yang massa molarnya sekitar 200 g/mol, sehingga jumlah zatnya kira-kira 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol, dan jumlah molekulnya harus jauh di bawah 10²³. Kedua pemeriksaan terpenuhi.

Contoh soal: dari jumlah satuan rumus kembali ke gram

Sampel aluminium sulfat mengandung 3.15 × 10²² satuan rumus. Berapa massanya, dan berapa banyak ion sulfat dan atom oksigen yang dikandungnya?

Langkah 1, partikel ke mol: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. Langkah 2, mol ke gram dengan massa molar yang ditemukan sebelumnya: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, dilaporkan sebagai 17.9 g.

Langkah 3, gunakan rumus sebagai alat pencacah. Setiap satuan rumus Al₂(SO₄)₃ mengandung tiga ion sulfat, SO₄²⁻, sehingga sampel memuat 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² ion sulfat. Setiap satuan rumus memiliki 12 atom oksigen, sehingga sampel memuat 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ atom oksigen, sedikit lebih dari setengah mol atom oksigen. Senyawa ion tersusun dari satuan rumus, bukan molekul, tetapi logika pencacahannya identik.

Kesalahan mol akibat kehilangan jejak entitas

Banyak kesalahan tentang mol bukan kesalahan aritmetika. Kesalahan itu berasal dari lupa apa yang sedang dihitung atau dari penerapan faktor ke arah yang salah. Perkiraan cepat sebelum menghitung menangkap sebagian besar kesalahan itu.

Tulis setiap besaran dengan satuan dan entitasnya, seperti 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ atau 9.45 × 10²² ion SO₄²⁻, dan sebutkan panah pada peta gram, mol, dan partikel yang diikuti tiap langkah. Langkah yang tidak cocok dengan panah mana pun biasanya merupakan kesalahan.

• Mencampuradukkan atom dan molekul: 1.0 mol O₂ bermassa 32.00 g, bukan 16.00 g, dan mengandung 2.0 mol atom O.
• Mengabaikan pengali di luar tanda kurung: dalam Al₂(SO₄)₃ ada 12 atom oksigen per satuan rumus, bukan 4.
• Mengalikan dengan tetapan Avogadro saat mengonversi partikel ke mol: jumlah zat dalam mol untuk sampel laboratorium biasa seharusnya berupa angka yang wajar, bukan sesuatu yang mendekati 10²³ atau lebih.
• Memakai nomor massa, bukan bobot atom: klorin adalah 35.45 g/mol, bukan 35 atau 37.
• Melewati mol: gram tidak dapat dikonversi langsung ke partikel atau ke gram zat lain.
• Membulatkan massa molar atau jumlah zat antara terlalu dini, yang dapat mengubah angka terakhir yang dilaporkan.