მოლები, მოლური მასა და ავოგადროს რიცხვი

ნაწილაკების დათვლა აწონვით

ატომები იმდენად პატარაა, რომ მათი ერთ-ერთად დათვლა შეუძლებელია, ამიტომ ქიმიკოსები მათ ფიქსირებული რაოდენობებით ითვლიან, ისე როგორც მაღაზია კვერცხს ათეულებით ითვლის. ეს რაოდენობა მოლია. SI-ის 2019 წლის გადასინჯვის შემდეგ ერთი მოლი ზუსტად 6.02214076 × 10²³ მითითებულ ობიექტს შეიცავს, ხოლო ავოგადროს მუდმივა განმარტებულია ზუსტად 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹-ად. გამოთვლებისთვის ჩვეულებრივ საკმარისია 6.022 × 10²³ mol⁻¹.

ობიექტი ყოველთვის უნდა იყოს დასახელებული. ჟანგბადის ატომების (O) მოლი და ჟანგბადის მოლეკულების (O₂) მოლი ობიექტების ერთსა და იმავე რაოდენობას შეიცავს, მაგრამ მეორე ორჯერ მეტ ატომს შეიცავს და ორჯერ მეტი მასა აქვს. ყოველი რაოდენობის გვერდით ფორმულის ჩაწერა, როგორც 0.50 mol O₂-ში, თავიდან გვაცილებს დაბნეულობის უმეტესობას, რომელსაც მოსწავლეები მოლებთან აწყდებიან.

რატომ ემთხვევა გრამი მოლზე ფორმულურ მასას

ელემენტის სტანდარტული ატომური მასა უგანზომილებო საშუალოა მისი იზოტოპების მასებისა, შეწონილი ბუნებრივი გავრცელებით და გამოხატული ნახშირბად-12-ის ატომის მასის ერთი თორმეტედის მიმართ. მოლი თავდაპირველად ისე განისაზღვრა, რომ ნივთიერების ერთი მოლის მასა გრამებში რიცხობრივად ტოლი იყოს მისი ატომური ან ფორმულური მასისა. 2019 წლის ხელახალი განსაზღვრის შემდეგ ეს დამთხვევა განმარტებით აღარ არის ზუსტი, თუმცა მაინც დაახლოებით მილიარდიდან ერთი ნაწილის სიზუსტით მოქმედებს. ქლორის ატომური მასა დაახლოებით 35.45-ია, ამიტომ მისი მოლური მასაა 35.45 g/mol, თუმცა არც ერთ ქლორის ატომს ეს მასა არ აქვს; ნამდვილი ქლორი ქლორ-35-ისა და ქლორ-37-ის ნარევია.

ეს სახელმძღვანელო იყენებს IUPAC-ის სტანდარტულ ატომურ მასებს, ორ ათობით თანრიგამდე დამრგვალებულს: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98 და S 32.06. ნაერთის მოლური მასის საპოვნელად შეკრიბეთ ფორმულაში არსებული ყველა ატომის ატომური მასა, თითოეული გაამრავლეთ მის ინდექსზე და ფრჩხილების გარეთ არსებულ ნებისმიერ მამრავლზე.

ალუმინის სულფატისთვის, Al₂(SO₄)₃, ფრჩხილები სამ სულფატის ჯგუფს ნიშნავს. ამიტომ ფორმულურ ერთეულში არის 2 Al, 3 S და 12 O: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

გრამების, მოლებისა და ნაწილაკების რუკა

ამ თემის ყველა ამოცანა გზაა სამ ყუთს შორის: მასა გრამებში, რაოდენობა მოლებში და ნაწილაკების რიცხვი. მოლური მასა პირველ ორს აკავშირებს; ავოგადროს მუდმივა ბოლო ორს. მოლები ყოველთვის შუა გაჩერებაა. გრამებიდან ნაწილაკებზე პირდაპირ გადაყვანა, რომელიც მოლს გამოტოვებს, არ არსებობს.

ნაწილაკების ყუთში კიდევ ერთი ნაბიჯია. ფორმულა გეუბნებათ, რამდენი ატომი ან იონია თითოეული სახეობისა ერთ მოლეკულაში ან ფორმულურ ერთეულში, და ეს ინდექსები ზუსტი თვლის ფაქტორებია.

• გრამებიდან მოლებზე: გაყავით მოლურ მასაზე (გაამრავლეთ 1 mol / M g-ზე).
• მოლებიდან გრამებზე: გაამრავლეთ მოლურ მასაზე.
• მოლებიდან ნაწილაკებზე: გაამრავლეთ 6.022 × 10²³-ზე მოლზე.
• ნაწილაკებიდან მოლებზე: გაყავით 6.022 × 10²³-ზე მოლზე.
• მოლეკულებიდან ან ფორმულური ერთეულებიდან ატომებზე ან იონებზე: გაამრავლეთ ამ ატომის ან იონის ინდექსზე.

გადაწყვეტილი მაგალითი: კოფეინის მილიგრამებიდან აზოტის ატომებამდე

კოფეინის ნიმუშის, C₈H₁₀N₄O₂, მასაა 95.0 mg. რამდენ კოფეინის მოლეკულას და რამდენ აზოტის ატომს შეიცავს ის?

ნაბიჯი 1, მოლური მასა: 8(12.01) + 10(1.01) + 4(14.01) + 2(16.00) = 96.08 + 10.10 + 56.04 + 32.00 = 194.22 g/mol. ნაბიჯი 2, მასა გადაიყვანეთ გრამებში და შემდეგ მოლებში: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g და 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. დამატებითი ციფრები ჯერ შეინარჩუნეთ.

ნაბიჯი 3, მოლებიდან მოლეკულებზე: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ მოლეკულა/mol = 2.9456 × 10²⁰, რაც იწერება როგორც 2.95 × 10²⁰ მოლეკულა. ნაბიჯი 4, თითოეულ მოლეკულას ოთხი აზოტის ატომი აქვს, ზუსტი რაოდენობა: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ აზოტის ატომი. მასას 95.0 mg სამი მნიშვნელოვანი ციფრი აქვს, ამიტომ ორივე პასუხსაც სამი აქვს.

შეამოწმეთ სიდიდე: გრამის მეათედი მცირე ნაწილია იმ ნივთიერების მოლისა, რომლის მოლური მასა დაახლოებით 200 g/mol-ია, ამიტომ რაოდენობა დაახლოებით 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol უნდა იყოს, ხოლო მოლეკულების რიცხვი 10²³-ზე გაცილებით ნაკლები. ორივე შემოწმება სრულდება.

გადაწყვეტილი მაგალითი: ფორმულური ერთეულების რიცხვიდან უკან გრამებამდე

ალუმინის სულფატის ნიმუში 3.15 × 10²² ფორმულურ ერთეულს შეიცავს. როგორია მისი მასა და რამდენ სულფატის იონს და ჟანგბადის ატომს შეიცავს?

ნაბიჯი 1, ნაწილაკებიდან მოლებზე: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. ნაბიჯი 2, მოლებიდან გრამებზე ადრე ნაპოვნი მოლური მასით: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, რაც იწერება როგორც 17.9 g.

ნაბიჯი 3, ფორმულა გამოიყენეთ როგორც თვლის ინსტრუმენტი. თითოეული Al₂(SO₄)₃ ფორმულური ერთეული სამ სულფატის იონს, SO₄²⁻, შეიცავს, ამიტომ ნიმუშში არის 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² სულფატის იონი. თითოეულ ფორმულურ ერთეულს 12 ჟანგბადის ატომი აქვს, ამიტომ ნიმუშში არის 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ ჟანგბადის ატომი, ანუ ჟანგბადის ატომების ნახევარ მოლზე ცოტათი მეტი. იონური ნაერთები მოლეკულებისგან კი არა, ფორმულური ერთეულებისგან შედგება, მაგრამ თვლის ლოგიკა იდენტურია.

მოლის შეცდომები, რომლებიც ობიექტის დაკარგვიდან მოდის

მოლის ბევრი შეცდომა არითმეტიკული არ არის. ისინი მოდის იმის დავიწყებიდან, რა ითვლება, ან ფაქტორის არასწორი მიმართულებით გამოყენებიდან. გამოთვლამდე სწრაფი შეფასება მათ უმეტესობას აჩენს.

ყოველი სიდიდე ჩაწერეთ ერთეულითაც და ობიექტითაც, მაგალითად 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ ან 9.45 × 10²² SO₄²⁻ იონი, და დაასახელეთ, გრამების, მოლებისა და ნაწილაკების რუკაზე რომელ ისარს მიჰყვება თითოეული ნაბიჯი. ნაბიჯი, რომელიც არც ერთ ისარს არ ემთხვევა, ჩვეულებრივ შეცდომაა.

• ატომებისა და მოლეკულების აღრევა: 1.0 mol O₂-ის მასაა 32.00 g და არა 16.00 g, და შეიცავს 2.0 mol O ატომს.
• ფრჩხილების გარეთ მამრავლის უგულებელყოფა: Al₂(SO₄)₃-ში ფორმულურ ერთეულზე 12 ჟანგბადის ატომია და არა 4.
• ავოგადროს მუდმივაზე გამრავლება ნაწილაკებიდან მოლებზე გადაყვანისას: ჩვეულებრივი ლაბორატორიული ნიმუშის რაოდენობა მოლებში ზომიერი რიცხვი უნდა იყოს და არა 10²³-ის ახლოს ან მასზე მეტი.
• მასური რიცხვის გამოყენება ატომური მასის ნაცვლად: ქლორი არის 35.45 g/mol და არა 35 ან 37.
• მოლის გამოტოვება: გრამები პირდაპირ ვერ გადაიყვანება ნაწილაკებად ან სხვა ნივთიერების გრამებად.
• მოლური მასის ან შუალედური რაოდენობების ძალიან ადრე დამრგვალება, რამაც შეიძლება გამოქვეყნებული ბოლო ციფრი შეცვალოს.