Мольдер, молярлық масса және Авогадро саны

Бөлшектерді өлшеу арқылы санау

Атомдарды бір-бірлеп санау мүмкін емес — олар тым кішкентай, сондықтан химиктер оларды дүкен жұмыртқаны дюжинамен санайтындай, тұрақты топтармен санайды. Бұл топ — моль. SI-дің 2019 жылғы қайта қарауынан бері бір мольде дәл 6.02214076 × 10²³ көрсетілген бөлшек бар, ал Авогадро тұрақтысы дәл 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹ деп анықталған. Есептеулер үшін әдетте 6.022 × 10²³ mol⁻¹ жеткілікті.

Бөлшек түрі әрқашан көрсетілуі керек. Бір моль оттек атомдары (O) мен бір моль оттек молекулалары (O₂) бірдей санда бөлшектен тұрады, бірақ екіншісінде атомдар екі есе көп және массасы екі есе үлкен. Әр мөлшердің жанына формуланы жазу, мысалы 0.50 mol O₂, оқушылардың мольдермен кездесетін шатасуының көбін болдырмайды.

Грамм/мольдің неге формулалық салмаққа сәйкес келетіні

Элементтің стандартты атомдық салмағы — оның изотоптарының массаларының табиғи таралуымен өлшенген, көміртек-12 атомы массасының он екіден біріне қатысты өрнектелген өлшемсіз орташа мәні. Моль бастапқыда заттың бір мольінің граммен массасы оның атомдық немесе формулалық салмағына сандық түрде тең болатындай анықталған. 2019 жылғы қайта анықтамадан бері бұл сәйкестік анықтама бойынша дәл емес, бірақ ол әлі де шамамен миллиардтың бір бөлігіне дейін дәл орындалады. Хлордың атомдық салмағы шамамен 35.45, сондықтан оның молярлық массасы 35.45 g/mol, дегенмен бірде-бір хлор атомының мұндай массасы жоқ; нақты хлор — хлор-35 пен хлор-37 қоспасы.

Бұл нұсқаулықта екі ондық таңбаға дейін дөңгелектелген IUPAC стандартты атомдық салмақтары қолданылады: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98 және S 32.06. Қосылыстың молярлық массасын табу үшін формуладағы әр атомның атомдық салмағын қосыңыз, оны индексіне және жақша сыртындағы көбейткішке көбейтіп.

Алюминий сульфаты Al₂(SO₄)₃ үшін жақшалар үш сульфат тобын білдіреді. Сондықтан формулалық бірлікте 2 Al, 3 S және 12 O бар: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

Граммдар, мольдер және бөлшектер картасы

Осы тақырыптағы әрбір есеп үш қорап арқылы өтетін жол: граммен масса, мольмен зат мөлшері және бөлшектер саны. Молярлық масса алғашқы екеуін байланыстырады; Авогадро тұрақтысы соңғы екеуін байланыстырады. Мольдер әрқашан ортадағы аялдама. Мольді айналып өтетін граммнан бөлшектерге тікелей түрлендіру жоқ.

Бөлшектер қорабының ішінде тағы бір қадам бар. Формула бір молекулада немесе формулалық бірлікте әр түрдің қанша атомы немесе ионы бар екенін көрсетеді, ал сол индекстер нақты санау көбейткіштері болып табылады.

• Граммнан мольге: молярлық массаға бөліңіз (1 mol / M g көбейтіңіз).
• Мольден граммға: молярлық массаға көбейтіңіз.
• Мольден бөлшектерге: бір молге 6.022 × 10²³ көбейтіңіз.
• Бөлшектерден мольге: бір молге 6.022 × 10²³ мәніне бөліңіз.
• Молекулалардан немесе формулалық бірліктерден атомдарға немесе иондарға: сол атомның немесе ионның индексіне көбейтіңіз.

Шешілген мысал: кофеиннің миллиграммынан азот атомдарына дейін

Құрамы C₈H₁₀N₄O₂ болатын кофеин үлгісінің массасы 95.0 mg. Онда қанша кофеин молекуласы және қанша азот атомы бар?

1-қадам, молярлық масса: 8(12.01) + 10(1.01) + 4(14.01) + 2(16.00) = 96.08 + 10.10 + 56.04 + 32.00 = 194.22 g/mol. 2-қадам, массаны граммға, содан кейін мольге түрлендіріңіз: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g және 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. Қосымша цифрларды әзірге сақтап қойыңыз.

3-қадам, мольден молекулаларға: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ молекула/mol = 2.9456 × 10²⁰, ол 2.95 × 10²⁰ молекула деп жазылады. 4-қадам, әр молекулада төрт азот атомы бар, бұл нақты сан: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ азот атомы. 95.0 mg массасының үш маңызды цифры бар, сондықтан екі жауапта да үш цифр болады.

Шамасын тексеріңіз: грамның оннан бірі молярлық массасы шамамен 200 g/mol заттың бір молінің аз бөлігі, сондықтан зат мөлшері шамамен 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol болуы керек, ал молекулалар саны 10²³ мәнінен әлдеқайда аз болуы тиіс. Екі тексеру де сәтті өтеді.

Шешілген мысал: формулалық бірліктер санынан граммға қайта оралу

Алюминий сульфаты үлгісінде 3.15 × 10²² формулалық бірлік бар. Оның массасы қанша және онда қанша сульфат ионы мен оттек атомы бар?

1-қадам, бөлшектерден мольге: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. 2-қадам, жоғарыда табылған молярлық массаны қолданып, мольден граммға: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, ол 17.9 g деп жазылады.

3-қадам, формуланы санау құралы ретінде қолданыңыз. Al₂(SO₄)₃ әр формулалық бірлігінде үш сульфат ионы, SO₄²⁻, бар, сондықтан үлгіде 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² сульфат ионы бар. Әр формулалық бірлікте 12 оттек атомы бар, сондықтан үлгіде 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ оттек атомы бар, бұл жарты моль оттек атомынан сәл артық. Иондық қосылыстар молекулалардан емес, формулалық бірліктерден тұрады, бірақ санау логикасы бірдей.

Бөлшек түрін жоғалтудан туатын моль қателері

Моль бойынша қателердің көбі арифметикалық қателер емес. Олар нені санап жатқанын ұмытудан немесе көбейткішті қате бағытта қолданудан туады. Есептемес бұрын жылдам бағалау олардың көбін ұстап алады.

Әр шаманы бірлігімен де, бөлшек түрімен де жазыңыз, мысалы 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ немесе 9.45 × 10²² SO₄²⁻ ионы, және әр қадам граммдар, мольдер және бөлшектер картасындағы қай көрсеткіні ұстанатынын атаңыз. Ешбір көрсеткіге сәйкес келмейтін қадам әдетте қателік болып шығады.

• Атомдар мен молекулаларды шатастыру: 1.0 mol O₂ массасы 16.00 g емес, 32.00 g және онда 2.0 mol O атомдары бар.
• Жақша сыртындағы көбейткішті елемеу: Al₂(SO₄)₃ құрамында бір формулалық бірлікке 4 емес, 12 оттек атомы келеді.
• Бөлшектерді мольге түрлендіргенде Авогадро тұрақтысына көбейту: қарапайым зертханалық үлгі үшін мольмен берілген мөлшер 10²³ мәніне жақын немесе одан үлкен емес, шамалы сан болуы керек.
• Атомдық салмақтың орнына массалық санды қолдану: хлор 35 немесе 37 емес, 35.45 g/mol.
• Мольді аттап өту: граммдарды бөлшектерге немесе басқа заттың граммдарына тікелей түрлендіруге болмайды.
• Молярлық массаны немесе аралық мөлшерлерді тым ерте дөңгелектеу, бұл соңғы жазылатын цифрды өзгерте алады.