Η έννοια του mol — Αριθμός Avogadro και μετατροπές

Η έννοια του mol εξηγεί πώς οι χημικοί μετρούν την ύλη. Ένα mol είναι μια σταθερή ποσότητα ουσίας που περιέχει ακριβώς $6.02214076 \times 10^{23}$ καθορισμένα σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια μπορεί να είναι άτομα, μόρια, ιόντα ή δομικές μονάδες, ανάλογα με την ουσία.

Στα περισσότερα προβλήματα, τα mol είναι η ενδιάμεση μονάδα. Αν μπορείς να μετατρέψεις μια ποσότητα σε mol, συνήθως μπορείς να περάσεις σε μάζα, αριθμό σωματιδίων ή αναλογία mol σε μια αντίδραση.

Τι σημαίνει το mol στη χημεία

Η χημεία ασχολείται με σωματίδια που είναι υπερβολικά μικρά για να μετρηθούν ένα-ένα στο εργαστήριο. Το mol λύνει αυτό το πρόβλημα δίνοντας μια τυποποιημένη μονάδα μέτρησης, όπως ακριβώς μια δωδεκάδα σημαίνει $12$ αντικείμενα.

Η διαφορά είναι η κλίμακα. Ένα mol είναι μια πολύ μεγαλύτερη μονάδα μέτρησης:

$$1\ \mathrm{mol} = 6.02214076 \times 10^{23}\ \text{entities}$$

Η λέξη "entities" έχει σημασία. Για το ήλιο, οι οντότητες είναι άτομα. Για το νερό, είναι μόρια. Για το χλωριούχο νάτριο, είναι δομικές μονάδες. Ο τύπος των σωματιδίων πρέπει να ταιριάζει με την ουσία της άσκησης.

Πώς λειτουργούν οι μετατροπές με mol

Οι περισσότερες ερωτήσεις για την έννοια του mol καταλήγουν σε αυτή τη διαδρομή:

$$\text{particles} \leftrightarrow \text{moles} \leftrightarrow \text{grams}$$

Χρησιμοποίησε τον αριθμό Avogadro όταν μετακινείσαι μεταξύ σωματιδίων και mol:

$$\text{moles} = \frac{\text{number of particles}}{6.02214076 \times 10^{23}}$$

Χρησιμοποίησε τη μοριακή μάζα όταν μετακινείσαι μεταξύ γραμμαρίων και mol:

$$\text{moles} = \frac{\text{mass}}{\text{molar mass}}$$

Αν χρειάζεσαι γραμμάρια από mol, αντιστρέφεις αυτή τη σχέση:

$$\text{mass} = \text{moles} \times \text{molar mass}$$

Αν μια άσκηση ξεκινά από γραμμάρια και ζητά σωματίδια, η πορεία είναι πάντα γραμμάρια $\rightarrow$ mol $\rightarrow$ σωματίδια.

Λυμένο παράδειγμα: $18.0\ \mathrm{g}$ νερού σε μόρια

Πόσα μόρια νερού υπάρχουν σε $18.0\ \mathrm{g}$ από $H_2O$;

Βήμα 1: Μετατροπή από γραμμάρια σε mol

Η μοριακή μάζα του νερού είναι περίπου $18.015\ \mathrm{g/mol}$, άρα

$$\text{moles of } H_2O = \frac{18.0\ \mathrm{g}}{18.015\ \mathrm{g/mol}} \approx 0.999\ \mathrm{mol}$$

Αυτό είναι ουσιαστικά $1.00\ \mathrm{mol}$ με τρία σημαντικά ψηφία.

Βήμα 2: Μετατροπή από mol σε μόρια

$$\text{molecules of } H_2O = 0.999 \times 6.02214076 \times 10^{23}$$ $$\approx 6.02 \times 10^{23}\ \text{molecules}$$

Άρα, $18.0\ \mathrm{g}$ νερού περιέχουν περίπου $6.02 \times 10^{23}$ μόρια νερού.

Αυτή είναι η βασική λογική της έννοιας του mol: πρώτα μετατρέπεις σε mol και μετά προχωράς στη ζητούμενη μονάδα.

Γιατί είναι σημαντική η έννοια του mol

Το mol είναι η μονάδα που συνδέει τις εργαστηριακές μετρήσεις με τις πραγματικές ποσότητες ύλης. Επιτρέπει στους χημικούς να συγκρίνουν ουσίες με βάση ίσες ποσότητες και όχι να βασίζονται μόνο στη μάζα.

Το χρησιμοποιείς όταν:

1. μετατρέπεις εργαστηριακή μάζα σε αριθμό σωματιδίων
2. υπολογίζεις πόσο προϊόν μπορεί να σχηματίσει μια αντίδραση
3. παρασκευάζεις διαλύματα με συγκεκριμένη συγκέντρωση
4. συγκρίνεις ουσίες με βάση ίσες ποσότητες

Χωρίς το mol, η στοιχειομετρία θα ήταν μια λίστα από ασύνδετους τύπους αντί για μία ενιαία μέθοδο.

Συνηθισμένα λάθη στην έννοια του mol

Σύγχυση του τύπου σωματιδίου

Ένα mol ατόμων οξυγόνου δεν είναι το ίδιο με ένα mol μορίων $O_2$. Ο αριθμός των mol μπορεί να είναι ο ίδιος, αλλά τα σωματίδια που μετρώνται είναι διαφορετικά.

Παράλειψη του βήματος των mol

Αν μια άσκηση ξεκινά από γραμμάρια και καταλήγει σε σωματίδια, μην προσπαθήσεις να πας κατευθείαν. Πρώτα κάνε μετατροπή σε mol.

Χρήση λανθασμένης μοριακής μάζας

Η μοριακή μάζα εξαρτάται από ολόκληρο τον χημικό τύπο. Αν η ουσία είναι $CO_2$, χρησιμοποίησε τη μοριακή μάζα του $CO_2$ και όχι μόνο του άνθρακα ή του οξυγόνου.

Αντιμετώπιση των συντελεστών ως λόγων μαζών

Στα προβλήματα αντιδράσεων, οι συντελεστές δίνουν λόγους mol. Γίνονται σχέσεις μαζών μόνο αφού κάνεις μετατροπή με τις μοριακές μάζες.

Πότε να χρησιμοποιείς άμεσα τον αριθμό Avogadro

Χρησιμοποίησε άμεσα τον αριθμό Avogadro μόνο όταν το πρόβλημα αφορά καταμέτρηση σωματιδίων. Αν η δοσμένη ποσότητα είναι μάζα, όγκος ή συγκέντρωση, πρώτα μετέτρεψέ την σε mol με τη σχέση που αντιστοιχεί σε αυτή την ποσότητα.

Αυτή η προϋπόθεση είναι σημαντική. Ο αριθμός Avogadro συνδέει τα σωματίδια με τα mol. Δεν αντικαθιστά τη μοριακή μάζα, τις σχέσεις των αερίων ή τους τύπους των διαλυμάτων.

Πού χρησιμοποιείται η έννοια του mol

Θα χρησιμοποιήσεις την έννοια του mol στη στοιχειομετρία, στη μοριακότητα, στους υπολογισμούς αερίων και στα προβλήματα εμπειρικού τύπου. Σε κάθε περίπτωση, το μοτίβο είναι το ίδιο: μετατροπή σε mol, εφαρμογή της χημικής σχέσης και έπειτα νέα μετατροπή αν χρειάζεται.

Δοκίμασε μια παρόμοια μετατροπή

Δοκίμασε τη δική σου εκδοχή με $44.0\ \mathrm{g}$ από $CO_2$. Πρώτα μετέτρεψε τα γραμμάρια σε mol και μετά τα mol σε μόρια. Αν θέλεις να προχωρήσεις περισσότερο, δοκίμασε ένα πρόβλημα στοιχειομετρίας όπου τα mol συνδέουν μία ουσία με μια άλλη.