Molovi, molska masa in Avogadrovo število

Štetje delcev s tehtanjem

Atomi so veliko premajhni, da bi jih šteli enega po enega, zato jih kemiki štejejo v stalnih skupinah, tako kot trgovina šteje jajca na ducate. Ta skupina je mol. Od revizije SI leta 2019 en mol vsebuje natanko 6.02214076 × 10²³ opredeljenih entitet, Avogadrova konstanta pa je definirana kot natanko 6.02214076 × 10²³ mol⁻¹. Za izračune običajno zadošča 6.022 × 10²³ mol⁻¹.

Entiteto je treba vedno navesti. Mol atomov kisika (O) in mol molekul kisika (O₂) vsebujeta enako število entitet, vendar druga vsebuje dvakrat več atomov in ima dvakrat večjo maso. Zapis formule ob vsaki količini, kot v 0.50 mol O₂, prepreči večino zmede, ki jo imajo učenci z moli.

Zakaj se gram na mol ujema s formulsko maso

Standardna atomska masa elementa je brezdimenzijsko povprečje mas njegovih izotopov, uteženo z njihovo naravno pogostostjo in izraženo glede na eno dvanajstino mase atoma ogljika-12. Mol je bil prvotno opredeljen tako, da ima en mol snovi maso v gramih, številčno enako njeni atomski ali formulski masi. Od redefinicije leta 2019 to ujemanje po definiciji ni več natančno, a še vedno velja na približno en del na milijardo. Atomska masa klora je približno 35.45, zato je njegova molska masa 35.45 g/mol, čeprav noben posamezen atom klora nima te mase; pravi klor je zmes klora-35 in klora-37.

Ta vodnik uporablja IUPAC standardne atomske mase, zaokrožene na dve decimalni mesti: H 1.01, C 12.01, N 14.01, O 16.00, Al 26.98 in S 32.06. Če želite poiskati molsko maso spojine, seštejte atomske mase vseh atomov v formuli, pri čemer vsako pomnožite z indeksom in z vsakim množiteljem pred oklepajem.

Pri aluminijevem sulfatu, Al₂(SO₄)₃, oklepaji pomenijo tri sulfatne skupine. Formulska enota zato vsebuje 2 Al, 3 S in 12 O: 2(26.98) + 3(32.06) + 12(16.00) = 53.96 + 96.18 + 192.00 = 342.14 g/mol.

Zemljevid gramov, molov in delcev

Vsaka naloga s te teme je pot skozi tri polja: masa v gramih, množina snovi v molih in število delcev. Molska masa povezuje prvi dve; Avogadrova konstanta povezuje zadnji dve. Moli so vedno vmesna postaja. Neposredne pretvorbe iz gramov v delce, ki bi preskočila mol, ni.

Znotraj polja delcev je še en korak. Formula pove, koliko atomov ali ionov vsake vrste je v eni molekuli ali formulski enoti, ti indeksi pa so natančni faktorji štetja.

• Iz gramov v mole: delite z molsko maso (pomnožite z 1 mol / M g).
• Iz molov v grame: pomnožite z molsko maso.
• Iz molov v delce: pomnožite s 6.022 × 10²³ na mol.
• Delci v mole: delite s 6.022 × 10²³ na mol.
• Molekule ali formulske enote v atome ali ione: pomnožite z indeksom za ta atom ali ion.

Rešen primer: od miligramov kofeina do atomov dušika

Vzorec kofeina, C₈H₁₀N₄O₂, ima maso 95.0 mg. Koliko molekul kofeina in koliko atomov dušika vsebuje?

1. korak, molska masa: 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. korak, maso pretvorite v grame in nato v mole: 95.0 mg × (10⁻³ g / 1 mg) = 0.0950 g in 0.0950 g × (1 mol / 194.22 g) = 4.8914 × 10⁻⁴ mol. Dodatne števke za zdaj obdržite.

3. korak, moli v molekule: 4.8914 × 10⁻⁴ mol × 6.022 × 10²³ molekul/mol = 2.9456 × 10²⁰, zapisano kot 2.95 × 10²⁰ molekul. 4. korak, vsaka molekula ima štiri atome dušika, kar je natančno število: 2.9456 × 10²⁰ × 4 = 1.18 × 10²¹ atomov dušika. Masa 95.0 mg ima tri veljavne števke, zato ju imata tudi oba odgovora.

Preverite velikost: desetinka grama je majhen del mola snovi z molsko maso približno 200 g/mol, zato mora biti množina snovi približno 0.1 ÷ 200 = 5 × 10⁻⁴ mol, število molekul pa mora biti precej pod 10²³. Obe preverjanji uspeta.

Rešen primer: od števila formulskih enot nazaj do gramov

Vzorec aluminijevega sulfata vsebuje 3.15 × 10²² formulskih enot. Kolikšna je njegova masa in koliko sulfatnih ionov ter atomov kisika vsebuje?

1. korak, delci v mole: 3.15 × 10²² ÷ 6.022 × 10²³ mol⁻¹ = 0.052308 mol. 2. korak, moli v grame z molsko maso, izračunano prej: 0.052308 mol × 342.14 g/mol = 17.897 g, zapisano kot 17.9 g.

3. korak, formulo uporabite kot orodje za štetje. Vsaka formulska enota Al₂(SO₄)₃ vsebuje tri sulfatne ione, SO₄²⁻, zato vzorec vsebuje 3 × 3.15 × 10²² = 9.45 × 10²² sulfatnih ionov. Vsaka formulska enota ima 12 atomov kisika, zato vzorec vsebuje 12 × 3.15 × 10²² = 3.78 × 10²³ atomov kisika, nekaj več kot pol mola atomov kisika. Ionske spojine so sestavljene iz formulskih enot in ne iz molekul, vendar je logika štetja povsem enaka.

Napake z moli, ki nastanejo zaradi izgubljene sledi entitete

Mnoge napake z moli niso računske napake. Nastanejo, ker pozabimo, kaj štejemo, ali ker faktor uporabimo v napačni smeri. Hitra ocena pred računanjem ujame večino od njih.

Vsako količino zapišite z enoto in entiteto, na primer 0.0523 mol Al₂(SO₄)₃ ali 9.45 × 10²² ionov SO₄²⁻, in poimenujte puščico na zemljevidu gramov, molov in delcev, ki ji sledi vsak korak. Korak, ki se ne ujema z nobeno puščico, je običajno napaka.

• Mešanje atomov in molekul: 1.0 mol O₂ ima maso 32.00 g, ne 16.00 g, in vsebuje 2.0 mola atomov O.
• Spregled množitelja pred oklepajem: v Al₂(SO₄)₃ je 12 atomov kisika na formulsko enoto, ne 4.
• Množenje z Avogadrovo konstanto pri pretvorbi delcev v mole: množina snovi v molih za običajen laboratorijski vzorec mora biti zmerno število, ne nekaj blizu 10²³ ali več.
• Uporaba masnega števila namesto atomske mase: klor je 35.45 g/mol, ne 35 ali 37.
• Preskakovanje mola: grame ni mogoče neposredno pretvoriti v delce ali v grame druge snovi.
• Prezgodnje zaokroževanje molske mase ali vmesnih množin snovi, kar lahko spremeni zadnjo zapisano števko.