Mol i masa molowa - definicja, wzory
Mol - jest jednostką liczności materii, czyli liczby atomów, jonów lub innych cząstek w danej próbce. Wartość 1 mola odpowiada liczbie atomów, jaka znajduje się w 0,012 kg izotopu węgla 12C.
Liczba indywiduów chemicznych (atomów, jonów, cząsteczek), jaka znajduje się w jednym molu, została nazwana liczbą Avogadra lub też stałą Avogadra i wynosi dokładnie \(6,02214199 \cdot 10 ^{23 } Mol i masa molowa\) i oznaczana jest jako \(N _{A} Mol i masa molowa\). Mówiąc inaczej, w 0,012 kg 12C znajduje się \(6,022 \cdot 10 ^{23 } Mol i masa molowa\)atomów izotopu węgla 12C.
Wybór izotopu węgla nie był przypadkowy - 12C jest także podstawą definicji masy atomowej tj. unitów (u). Jeden unit definiuje się jako \( \frac{1}{12} Mol i masa molowa\) izotopu \( ^{12}C Mol i masa molowa\), co z kolei odpowiada \(1,66 \cdot 10 ^{-24} Mol i masa molowa\)g. Aby lepiej zrozumieć sens wprowadzania takiej jednostki, wystarczy wykonać proste obliczenie:
Oblicz masę (w gramach) jednego mola cząsteczek tlenu.
Masa atomowa tlenu: 16 u
\(u=\)\(1,66 \cdot 10 ^{-24} g Mol i masa molowa\)
\(N _{A} = Mol i masa molowa\)\(6,022 \cdot 10 ^{23 } Mol i masa molowa\)\( \frac{1}{mol} Mol i masa molowa\)
Cząsteczka tlenu ma wzór O2, co oznacza, że składa się z dwóch atomów tlenu i ma masę wyrażoną w unitach równą 32 u. Aby obliczyć masę mola cząsteczek tlenu w gramach, należy pomnożyć masę w unitach przez liczbę cząsteczek (\(N _{A} Mol i masa molowa\)) i zamienić na gramy mnożąc dodatkowo przez masę jednego unita.
\(32 \cdot 6,022 \cdot 10 ^{23} \frac{g}{mol} \cdot 1,66 \cdot 10 ^{-24} g= 32g Mol i masa molowa\)
Dzięki temu przykładowi widać, że masa w unitach liczbowo jest równa masie mola substancji wyrażonego w gramach.
Masę atomów, cząsteczek czy jonów wyrażoną w gramach nazywamy masą molową i wyrażamy w g/mol oraz oznaczamy symbolem M.
Masę molową substancji obliczamy, sumując masy molowe wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki.
Mol i masa molowa - zadania
Oblicz masę 5 moli wodorowęglanu sodu.
\(n\)- liczba moli \(NaHCO _{3} Mol i masa molowa\)= 5
Aby obliczyć masę molową cząsteczki wodorowęglanu sodu, sumujemy masy molowe atomów wchodzących w skład cząsteczki:
\(23 \frac{g}{mol} + 1 \frac{g}{mol} + 12 \frac{9}{mol} + 3 \cdot 16 \frac{g}{mol} = 84 \frac{g}{mol} Mol i masa molowa\)
Aby otrzymać masę 5 moli, wystarczy wynik przemnożyć przez 5
\(23 \frac{g}{mol} \cdot 5 mol = 420g Mol i masa molowa\)
Masa 5 moli kwaśnego węglanu sodu wynosi 420 g.
Powyższe zadanie przedstawia pewną ogólną zależność, którą możemy zapisać wzorem:
\(m= n \cdot M Mol i masa molowa\)
gdzie:
\(m Mol i masa molowa\)-masa
\(n Mol i masa molowa\)- liczba moli substancji
\(M Mol i masa molowa\)-masa molowa substancji
Wzór ten pozwala wyliczyć liczbę moli substancji w dowolnej masie.
Oblicz ile moli cząsteczek wody znajduję się w 1 litrze wody.
Masa molowa wody:
\(M _{H _{2} O} = 16+1+1= 18 \frac{g}{mol} Mol i masa molowa\)
ponieważ woda ma gęstość \(1 \frac{g}{cm ^{3} } Mol i masa molowa\) dlatego jeden litr odpowiada 1000g
przekształcamy:
\(m= n \cdot M Mol i masa molowa\) czyli \(n= \frac{m}{M} Mol i masa molowa\)
podstawiamy do wzoru:
\(n= \frac{1000g}{18 \frac{g}{mol} } = 55,55 mol Mol i masa molowa\)
Aby obliczyć ile cząsteczek wody, znajduje się w jednym litrze, należy skorzystać z zależności:
\(n _{a} =n \cdot N _{A} Mol i masa molowa\)
czyli:
\(n _{a} =55,55 mol \cdot 6,022 \cdot 10 ^{23} \frac{1}{mol} =3,34 \cdot 10 ^{25} Mol i masa molowa \)
W jednym litrze wody znajduje się \(55,55 moli Mol i masa molowa\) cząsteczek wody, czyli \( 3,34 \cdot 10 _{} ^{25} Mol i masa molowa\)cząsteczek wody.