Mol και Μοριακότητα — Τύποι & Υπολογισμοί

Τα mol μετρούν την ποσότητα ουσίας. Η μοριακότητα μετρά πόσα mol διαλυμένης ουσίας υπάρχουν ανά λίτρο διαλύματος. Στις περισσότερες ασκήσεις χημείας, πρώτα μετατρέπεις τη μάζα σε mol και μετά τα mol σε συγκέντρωση.

Οι δύο τύποι που θα χρησιμοποιείς πιο συχνά είναι

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

και

$$M = \frac{n}{V}$$

Εδώ, το $n$ είναι η ποσότητα σε mol, το $m$ είναι η μάζα, το $M_\mathrm{m}$ είναι η μοριακή μάζα, το $M$ είναι η μοριακότητα και το $V$ είναι ο τελικός όγκος του διαλύματος σε λίτρα.

Αν θυμάσαι μόνο μία διάκριση, να θυμάσαι αυτή: τα mol περιγράφουν ποσότητα, ενώ η μοριακότητα περιγράφει ποσότητα ανά λίτρο διαλύματος.

Τι σημαίνουν τα mol

Το mol είναι η μονάδα μέτρησης σωματιδίων στη χημεία. Ένα mol περιέχει ακριβώς $6.02214076 \times 10^{23}$ καθορισμένα σωματίδια, αλλά στα περισσότερα εισαγωγικά προβλήματα δεν μετράς τα σωματίδια άμεσα. Συνήθως ξεκινάς από τη μάζα, τη μετατρέπεις σε mol και μετά χρησιμοποιείς τα mol στο επόμενο βήμα.

Γι’ αυτό τα mol λειτουργούν σαν ενδιάμεση μονάδα. Συνδέουν τη μάζα, τον αριθμό σωματιδίων, τους τύπους αερίων και τη συγκέντρωση διαλυμάτων.

Τι σημαίνει η μοριακότητα στη χημεία

Η μοριακότητα είναι η συγκέντρωση ενός διαλύματος σε mol διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος:

$$M = \frac{n}{V}$$

Ένα διάλυμα χλωριούχου νατρίου $0.50\ \mathrm{M}$ περιέχει $0.50$ mol $\mathrm{NaCl}$ σε κάθε $1.00\ \mathrm{L}$ διαλύματος. Οι λέξεις «του διαλύματος» έχουν σημασία. Η μοριακότητα βασίζεται στον τελικό αναμεμειγμένο όγκο, όχι στην ποσότητα νερού με την οποία ξεκίνησες.

Πώς συνεργάζονται τα mol και η μοριακότητα

Όταν ένα πρόβλημα δίνει μάζα και ζητά μοριακότητα, η συνηθισμένη πορεία είναι:

$$\text{γραμμάρια} \rightarrow \text{mol} \rightarrow \text{μοριακότητα}$$

Πρώτα μετατρέπεις τα γραμμάρια σε mol:

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

Έπειτα χρησιμοποιείς αυτά τα mol στον τύπο της μοριακότητας:

$$M = \frac{n}{V}$$

Αν το πρόβλημα δουλεύει προς την αντίθετη κατεύθυνση, μπορείς να αναδιατάξεις τον ίδιο ορισμό:

$$n = MV$$

Αυτό ισχύει μόνο όταν το $V$ είναι σε λίτρα και η μοριακότητα αναφέρεται στην ίδια διαλυμένη ουσία στο ίδιο διάλυμα.

Λυμένο παράδειγμα: Μετατροπή γραμμαρίων σε μοριακότητα

Έστω ότι διαλύονται $9.00\ \mathrm{g}$ γλυκόζης, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, και ο τελικός όγκος του διαλύματος είναι $250\ \mathrm{mL}$. Ποια είναι η μοριακότητα;

Βήμα 1: Βρες τη μοριακή μάζα

Για τη γλυκόζη,

$$M_\mathrm{m} \approx 6(12.01) + 12(1.008) + 6(16.00) \approx 180.16\ \mathrm{g/mol}$$

Βήμα 2: Μετατροπή γραμμαρίων σε mol

$$n = \frac{9.00}{180.16} \approx 0.0499\ \mathrm{mol}$$

Βήμα 3: Μετατροπή όγκου σε λίτρα

$$250\ \mathrm{mL} = 0.250\ \mathrm{L}$$

Βήμα 4: Υπολογισμός μοριακότητας

$$M = \frac{0.0499}{0.250} \approx 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

Άρα η συγκέντρωση του διαλύματος είναι

$$0.200\ \mathrm{M}$$

Η λογική είναι το βασικό σημείο: χρησιμοποίησε τη μοριακή μάζα για να βρεις mol και μετά διαίρεσε με τα λίτρα του διαλύματος.

Συχνά λάθη σε προβλήματα με mol και μοριακότητα

Χρήση γραμμαρίων απευθείας στον τύπο της μοριακότητας

Ο τύπος της μοριακότητας χρειάζεται mol, όχι γραμμάρια. Αν δίνεται μάζα, πρώτα κάνε μετατροπή με $n = m / M_\mathrm{m}$.

Χρήση milliliters σαν να ήταν liters

$500\ \mathrm{mL}$ είναι $0.500\ \mathrm{L}$, όχι $500\ \mathrm{L}$. Αυτός είναι ένας από τους πιο γρήγορους τρόπους να βγεις λάθος κατά παράγοντα $1000$.

Χρήση του όγκου του διαλύτη αντί του όγκου του διαλύματος

Αν ένα πρόβλημα λέει «συμπλήρωσε το διάλυμα μέχρι τα $250\ \mathrm{mL}$», χρησιμοποίησε τα $250\ \mathrm{mL}$ ως τελικό όγκο. Μην υποθέτεις ότι ο αρχικός όγκος του νερού είναι ο ίδιος.

Χρήση λανθασμένης μοριακής μάζας

Η μοριακή μάζα πρέπει να αντιστοιχεί σε ολόκληρο τον χημικό τύπο. Για παράδειγμα, η μοριακή μάζα του $\mathrm{NaCl}$ δεν είναι η μοριακή μάζα μόνο του νατρίου.

Πότε οι χημικοί χρησιμοποιούν τα mol και τη μοριακότητα

Χρησιμοποιείς αυτές τις έννοιες κάθε φορά που η χημεία περνά από το «ποια ουσία είναι αυτή;» στο «πόση ποσότητα υπάρχει;» ή «πόσο συμπυκνωμένο είναι το διάλυμα;». Εμφανίζονται στην παρασκευή διαλυμάτων, στη στοιχειομετρία, στις ογκομετρήσεις και στους συνηθισμένους εργαστηριακούς υπολογισμούς.

Αν η θερμοκρασία αλλάξει αρκετά ώστε να μεταβληθεί αισθητά ο όγκος του διαλύματος, τότε μπορεί να αλλάξει και η μοριακότητα. Αυτή η συνθήκη έχει σημασία επειδή η μοριακότητα εξαρτάται από τον όγκο.

Δοκίμασε μια παρόμοια άσκηση με mol και μοριακότητα

Δοκίμασε τη δική σου εκδοχή με $5.84\ \mathrm{g}$ $\mathrm{NaCl}$ που συμπληρώνονται μέχρι $500\ \mathrm{mL}$ διαλύματος. Πρώτα βρες τα mol, μετά υπολόγισε τη μοριακότητα και έλεγξε ότι ο όγκος σου είναι σε λίτρα πριν από το τελευταίο βήμα.