Mól, mólmassi og Avogadrótalan

Agnir taldar með vigtun

Atóm eru of lítil til að telja eitt í einu, svo efnafræðingar telja þau í föstum skömmtum, eins og verslun telur egg í tylftum. Skammturinn er mólið. Frá endurskoðun SI-kerfisins árið 2019 inniheldur eitt mól nákvæmlega 6.02214076 × 10²³ tilgreindar einingar og Avogadrófastinn er skilgreindur sem nákvæmlega 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹. Í útreikningum nægir yfirleitt 6.022 × 10²³ mol⁻¹.

Alltaf þarf að tilgreina eininguna. Mól af súrefnisatómum (O) og mól af súrefnissameindum (O₂) innihalda sama fjölda eininga, en síðarnefnda inniheldur tvöfalt fleiri atóm og hefur tvöfaldan massa. Að skrifa formúluna við hvert magn, eins og í 0.50 mol O₂, kemur í veg fyrir mestan hluta ruglingsins sem nemendur lenda í með mól.

Hvers vegna grömm á mól passa við formúlumassann

Staðlaður atómmassi frumefnis er víddarlaust meðaltal massa samsæta þess, vegið eftir náttúrulegu hlutfalli þeirra og gefið upp miðað við einn tólfta af massa kolefnis-12 atóms. Mólið var upphaflega skilgreint þannig að eitt mól efnis hefði massa í grömmum sem væri jafn tölulega atóm- eða formúlumassa þess. Frá endurskilgreiningunni 2019 er sú samsvörun ekki lengur nákvæm samkvæmt skilgreiningu, en hún stenst samt upp á um einn hluta af milljarði. Atómmassi klórs er um 35.45, svo mólmassi þess er 35.45 g/mol, þótt ekkert eitt klóratóm hafi þann massa; raunverulegt klór er blanda af klór-35 og klór-37.

Þessi leiðarvísir notar staðlaða atómmassa IUPAC námundaða í tvo aukastafi: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98 og S 32.06. Til að finna mólmassa efnasambands skaltu leggja saman atómmassa allra atóma í formúlunni og margfalda hvern með hjástaf sínum og með hvaða margfaldara sem er fyrir utan svigana.

Fyrir álsúlfat, Al₂(SO₄)₃, merkja svigarnir þrjá súlfathópa. Formúlueiningin inniheldur því 2 Al, 3 S og 12 O: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

Kortið yfir grömm, mól og agnir

Sérhvert dæmi í þessu efni er leið í gegnum þrjá reiti: massa í grömmum, efnismagn í mólum og fjölda agna. Mólmassinn tengir fyrstu tvo; Avogadrófastinn tengir síðustu tvo. Mól eru alltaf millistoppið. Engin bein umbreyting er til úr grömmum í agnir sem sleppir mólinu.

Inni í reitnum fyrir agnir er eitt skref í viðbót. Formúla segir þér hversu mörg atóm eða jónir af hverri gerð eru í einni sameind eða formúlueiningu, og þessir hjástafir eru nákvæmir talningarstuðlar.

• Grömm í mól: deildu með mólmassa (margfaldaðu með 1 mol / M g).
• Mól í grömm: margfaldaðu með mólmassa.
• Mól í agnir: margfaldaðu með 6.022 × 10²³ á mól.
• Agnir í mól: deildu með 6.022 × 10²³ á mól.
• Sameindir eða formúlueiningar í atóm eða jónir: margfaldaðu með hjástafnum fyrir það atóm eða þá jón.

Útreiknað dæmi: frá milligrömmum af koffíni í köfnunarefnisatóm

Sýni af koffíni, C₈H₁₀N₄O₂, hefur massann 95.0 mg. Hversu margar koffínsameindir og hversu mörg köfnunarefnisatóm inniheldur það?

Skref 1, mólmassi: 8(12.01) + 10(1.01) + 4(14.01) + 2(16.00) = 96.08 + 10.10 + 56.04 + 32.00 = 194.22 g/mol. Skref 2, umbreyttu massanum í grömm og síðan í mól: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g og 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. Haltu aukatölustöfunum í bili.

Skref 3, mól í sameindir: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ sameindir/mol = 2.9456 × 10²⁰, gefið upp sem 2.95 × 10²⁰ sameindir. Skref 4, hver sameind hefur fjögur köfnunarefnisatóm, nákvæm talning: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ köfnunarefnisatóm. Massinn 95.0 mg hefur þrjá marktæka tölustafi, svo bæði svörin hafa það líka.

Athugaðu stærðargráðuna: tíundi hluti úr grammi er lítið brot af móli efnis sem hefur mólmassa um 200 g/mol, svo efnismagnið ætti að vera um það bil 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol og fjöldi sameinda ætti að vera langt undir 10²³. Báðar athuganir standast.

Útreiknað dæmi: frá fjölda formúlueininga aftur í grömm

Sýni af álsúlfati inniheldur 3.15 × 10²² formúlueiningar. Hver er massi þess og hversu margar súlfatjónir og súrefnisatóm inniheldur það?

Skref 1, agnir í mól: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. Skref 2, mól í grömm með mólmassanum sem fannst áður: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, gefið upp sem 17.9 g.

Skref 3, notaðu formúluna sem talningartæki. Hver formúlueining Al₂(SO₄)₃ inniheldur þrjár súlfatjónir, SO₄²⁻, svo sýnið inniheldur 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² súlfatjónir. Hver formúlueining hefur 12 súrefnisatóm, svo sýnið inniheldur 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ súrefnisatóm, rúmlega hálft mól af súrefnisatómum. Jónasambönd eru gerð úr formúlueiningum frekar en sameindum, en talningarrökin eru þau sömu.

Móla-villur sem stafa af því að týna einingunni

Mörg mistök með mól eru ekki reiknivillur. Þau stafa af því að gleyma hvað verið er að telja eða af því að beita stuðli í öfuga átt. Fljótlegt mat áður en þú reiknar finnur flest þeirra.

Skrifaðu hverja stærð bæði með einingu og tegund einingar, eins og 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ eða 9.45 × 10²² SO₄²⁻ jónir, og nefndu örina á kortinu yfir grömm, mól og agnir sem hvert skref fylgir. Skref sem passar við enga ör er yfirleitt villan.

• Að rugla saman atómum og sameindum: 1.0 mol af O₂ hefur massann 32.00 g, ekki 16.00 g, og inniheldur 2.0 mol af O-atómum.
• Að horfa fram hjá margfaldaranum fyrir utan svigana: í Al₂(SO₄)₃ eru 12 súrefnisatóm í hverri formúlueiningu, ekki 4.
• Að margfalda með Avogadrófastanum þegar umbreytt er úr ögnum í mól: efnismagn í mólum fyrir venjulegt rannsóknarstofusýni ætti að vera hófleg tala, ekki nálægt 10²³ eða stærra.
• Að nota massatölu í stað atómmassa: klór er 35.45 g/mol, ekki 35 eða 37.
• Að sleppa mólinu: ekki er hægt að umbreyta grömmum beint í agnir eða í grömm af öðru efni.
• Að námunda mólmassa eða millistigsmagn of snemma, sem getur breytt síðasta tölustafnum sem gefinn er upp.