Podstawy — mol i stechiometria
Mol, stała Avogadra i masa molowa
Dlaczego chemikom potrzebna jest specjalna jednostka?
Atomy i molekuly sa niewyobrazalnie male i niewyobrazalnie liczne. W jednej szklance wody znajduje sie wiecej molekul H₂O, niz gwiazd we wszystkich znanych galaktykach razem wzietych.
Liczenie czastek 'na sztuki' lub wazenie pojedynczego atomu w gramach nie ma sensu — liczby bylyby niewygodne, np. 0,0000000000000000000000166 g dla jednego atomu wodoru.
Chemikom potrzebna byla jednostka, ktora pozwoli 'pakowac' ogromne liczby czastek w wygodne do obliczen paczki — podobnie jak tuzin pakuje 12 sztuk, a para — 2 sztuki.
Co to jest mol?
Mol to jednostka licznosci (ilosci) materii. Okresla zawsze te sama liczbe obiektow — niezaleznie od tego, czy sa to atomy, molekuly, jony, elektrony czy inne czastki.
1 mol dowolnych obiektow to 602 214 076 000 000 000 000 000 sztuk tych obiektow, czyli w zapisie wykladniczym okolo 6,022 × 10²³.
- 1 mol atomow zelaza = 6,022 × 10²³ atomow Fe
- 1 mol molekul wody = 6,022 × 10²³ molekul H₂O
- 1 mol elektronow = 6,022 × 10²³ elektronow
Stala Avogadra (Nₐ)
Liczbe czastek przypadajaca na jeden mol nazywamy stala Avogadra i oznaczamy symbolem Nₐ (czasem N_A lub L).
Wartosc stalej Avogadra wynosi w przyblizeniu Nₐ ≈ 6,02 × 10²³ 1/mol.
Stala ta laczy swiat 'makroskopowy' (gramy, mole — to, co mozemy zwazyc) ze swiatem 'mikroskopowym' (pojedyncze atomy i molekuly).
Nₐ ≈ 6,02 × 10²³ mol⁻¹
- Liczba czastek N = n × Nₐ
- Liczba moli n = N / Nₐ
Masa molowa (M)
Masa molowa to masa jednego mola danej substancji. Oznaczamy ja symbolem M, a jej jednostka jest gram na mol (g/mol).
Masa molowa informuje, ile gramow wazy 6,02 × 10²³ czastek danej substancji.
Wartosc liczbowa masy molowej pierwiastka jest taka sama, jak jego masa atomowa odczytana z ukladu okresowego — rozni sie jedynie jednostka.
- Masa atomowa wegla ≈ 12 u → masa molowa wegla M(C) ≈ 12 g/mol
- Masa atomowa sodu ≈ 23 u → masa molowa sodu M(Na) ≈ 23 g/mol
Najczęstsze błędy
„Mol jest jednostką masy”
Poprawnie: Mol opisuje liczbę obiektów; masa zależy od masy molowej substancji.
„Izotopy mają różną liczbę protonów”
Poprawnie: Różna liczba protonów oznacza inny pierwiastek; izotopy różnią się neutronami.
„Anion jest mniejszy od atomu, bo ma ujemny ładunek”
Poprawnie: Dodatkowe elektrony zwiększają odpychanie i zwykle powiększają promień.
Zadania z odpowiedziami
1. Obliczenie masy produktu
Ile gramów H₂O powstanie ze spalenia 4 mol H₂ przy nadmiarze O₂?
- 1.Zapisz 2H₂+O₂→2H₂O.
- 2.Odczytaj stosunek molowy H₂:H₂O=1:1.
- 3.Oblicz n(H₂O)=4 mol i pomnóż przez M(H₂O)=18 g/mol.
Odpowiedź
m(H₂O)=4 mol×18 g/mol=72 g.
2. Szereg izoelektronowy
Ułóż O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ według malejącego promienia.
- 1.Zauważ, że wszystkie mają 10 elektronów.
- 2.Porównaj liczbę protonów.
- 3.Większy Z oznacza silniejsze przyciąganie i mniejszy promień.
Odpowiedź
O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.
Podsumowanie
- Atomy i molekuly sa niewyobrazalnie male i niewyobrazalnie liczne. W jednej szklance wody znajduje sie wiecej molekul H₂O, niz gwiazd we wszystkich znanych galaktykach razem wzietych.
- 1 mol atomow zelaza = 6,022 × 10²³ atomow Fe
- 1 mol molekul wody = 6,022 × 10²³ molekul H₂O
- Mol to jednostka licznosci (ilosci) materii. Okresla zawsze te sama liczbe obiektow — niezaleznie od tego, czy sa to atomy, molekuly, jony, elektrony czy inne czastki.
- Liczba czastek N = n × Nₐ
- Liczbe czastek przypadajaca na jeden mol nazywamy stala Avogadra i oznaczamy symbolem Nₐ (czasem N_A lub L).
- Masa atomowa wegla ≈ 12 u → masa molowa wegla M(C) ≈ 12 g/mol
Słownik pojęć
- Mol
- Jednostka liczności materii zawierająca stałą Avogadra obiektów.
- Nuklid
- Rodzaj atomu określony liczbą protonów i neutronów.
- Efektywny ładunek jądra
- Wypadkowe przyciąganie elektronu po uwzględnieniu ekranowania.