Mól – az anyagmennyiség SI‑egysége, Avogadro‑szám és példák
A mól (jele: mol) az SI rendszerének egyik alapegysége az anyagmennyiség mérésére. A mól definíciója szerint egy mólnyi részecske pontosan annyi elemi egységet (atomot, molekulát, iont, elektronokat vagy tetszőleges, jól megadott egységeket) tartalmaz, amennyi az Avogadro‑konstans értéke. Az Avogadro‑szám (más néven Avogadro‑konstans, jelölése: NA) 2019 óta pontosan 6,02214076×1023 mol−1.
Miért fontos ez a szám?
Az Avogadro‑konstans összeköti a mikroszkopikus részecskék számát a makroszkopikus mennyiségekkel: ha tudjuk, hogy egy anyag egyetlen részecskéje mekkora tömegű, akkor az NA segítségével kiszámítható, hogy egy mólnyi ilyen részecske mekkora tömeget ad.
Kapcsolat a szén‑12 definícióval
A mól fogalma történetileg a szén‑12 (12C) izotóphoz kapcsolódik: korábban úgy határozták meg az anyagmennyiséget, hogy a 12 gramm szén‑12 izotóp pontosan egy mólnyi szénatomot tartalmaz. A 2019‑es SI‑átszabás során az Avogadro‑konstans rögzítésével a mól definíciója úgy módosult, hogy a mól az a mennyiség, amely pontosan 6,02214076×1023 megadott részecskét tartalmaz.
Tömeg és molok — gyakorlati példák
Mivel a különböző atomok és molekulák tömege eltérő, egy mólnyi anyag tömege anyagonként más lesz. Az atomok és molekulák relatív tömegét általában amu (vagy Da, dalton) egységben adják meg. Gyakorlati összefüggés: ha egy részecske relatív tömege X u, akkor egy mólnyi ilyen részecske tömege körülbelül X gramm (mivel a relatív tömegek és a moláris tömeg g/mol egymáshoz arányosak).
- Példa: 1 mol szén‑12 tömege pontosan 12 gramm (a korábbi és gyakorlati összehasonlítás miatt fontos tény).
- Példa: 1 mol vízmolekula (H2O) moláris tömege kb. 18,015 g/mol, tehát 1 mol víz tömege ≈ 18,015 g.
- Példa a szemléltetésre: 1 mol szőlőszem = kb. 6,02214076×1023 szem szőlő — ez a szám olyan hatalmas, hogy a mindennapi tapasztalatokkal nehéz elképzelni.
Számítási szabályok
A legegyszerűbb képlet a molok és tömeg közötti kapcsolat kifejezésére:
n = m / M
- n — anyagmennyiség molokban (mol)
- m — anyag tömege (g vagy kg)
- M — anyag moláris tömege (g/mol vagy kg/mol)
Például ha van 36,03 g vízünk és tudjuk, hogy a víz moláris tömege ≈ 18,015 g/mol, akkor a víz anyagmennyisége n = 36,03 / 18,015 ≈ 2,00 mol.
Mikor használják a mól fogalmát?
A mól alapvető fogalom a kémiában és az anyagtudományokban, mert lehetővé teszi, hogy a reakcióegyenleteket tömegekre és térfogatra átfordítsuk, a részecskeszámot pedig makroszkopikus mennyiségekre (grammokra) fordítsuk le. A mól lehetővé teszi továbbá a koncentrációk (moláris szélesség, mol/L) és a sztöchiometriai számítások egyszerű kezelését.
Összefoglalva: a mól a részecskék számainak kényelmes SI‑egysége; az Avogadro‑konstans (NA = 6,02214076×1023 mol−1) megadja, hogy egy mólnyi bármilyen, előre meghatározott részecskéből hány darabot tartalmaz.
Matematika a molekulával
Mol = tömeg (g) / relatív tömeg (gramm/mol)
Példa: Hány mol van 20 gramm hidrogénben?
A hidrogén relatív tömegére 1 értéket lehet használni, bár a helyes érték valamivel nagyobb. Tehát: mol = tömeg/relatív tömeg = 20/1 = 20 mol.
Mol = koncentráció (mol/dm3) x térfogat (dm3)
Példa: Hány mól van 100 cm3 0,1 M H2SO4-ben?
1 dm3 megegyezik 1000 cm3 -rel, tehát a köbcentiméterben megadott értéket el kell osztani 1000-rel. 100/1000 x 0,1 = 0,01 mól.
A metánmolekula egy szénatomból és négy hidrogénatomból áll. A szén tömege 12,011 u, a hidrogén tömege pedig 1,008 u. Ez azt jelenti, hogy egy metánmolekula tömege 12,011 u + (4 × 1,008u), azaz 16,043 u. Ez azt jelenti, hogy egy mól metán tömege 16,043 gramm.
A vakondot úgy lehet elképzelni, mint két különböző méretű golyóból álló zsákot. Az egyik zsákban 3 teniszlabda, a másikban pedig 3 labda van. Mindkét zsákban ugyanannyi labda van, de a labdák tömege sokkal nagyobb. Ez egy másfajta módja a dolgok mérésének. A molok a részecskék számát mérik, nem a tömeget. Tehát mindkét zsákban három mól van.
A mól egyszerűen a dolgok számának egy egysége. Más gyakori egységek közé tartozik a tucat, ami 12-t jelent, és a pont, ami 20-at jelent. Hasonlóképpen, a mól egy konkrét mennyiségre utal - megkülönböztető jellemzője, hogy a száma jóval nagyobb, mint más általános egységeké. Az ilyen egységeket általában akkor találják ki, amikor a meglévő egységek nem tudnak valamit elég könnyen leírni. A kémiai reakciók jellemzően különböző tömegű molekulák között zajlanak, ami azt jelenti, hogy a tömeg mérése (például gramm) félrevezető lehet, ha az egyes molekulák reakcióit hasonlítjuk össze. Másrészt az atomok/molekulák/ionok abszolút számának használata szintén zavaró lenne, mivel a hatalmas számok miatt túlságosan könnyű lenne eltéveszteni egy értéket vagy kihagyni egy számjegyet. A mólban való munkavégzés lehetővé teszi a tudósok számára, hogy a molekulák vagy atomok meghatározott mennyiségére hivatkozzanak anélkül, hogy túlságosan nagy számokat használnának.
Kapcsolódó egységek
A moláris koncentráció SI-egysége a mol/m3. A legtöbb kémiai írás azonban a mol/dm3 vagy mol dm-3 egységet használja, ami megegyezik a mol/l értékkel. Ezeket az egységeket gyakran nagy M betűvel írják (ejtsd: "molar"), néha SI előtaggal, például millimol/liter (mmol/L) vagy millimoláris (mM), mikromol/liter (µmol/L) vagy mikromoláris (µM), vagy nanomol/l (nmol/L) vagy nanomoláris (nM).
Egy kémiai reakció abszolút hozamát többnyire molban adják meg (az úgynevezett "moláris hozam").
Kérdések és válaszok
K: Mi az az SI-egység, amelyet a molekulák és atomok mérésére használnak?
V: A molekulák és atomok mérésére használt SI-egység a mól.
K: Hány molekula van egy mólban?
V: Egy mól körülbelül 600 szeptimillió molekulát tartalmaz.
K: Miért használják a tudósok ezt a számot?
V: A tudósok azért használják ezt a számot, mert 1 gramm hidrogén 1 mól atomnak felel meg.
K: Mi az egy mól pontos értéke?
V: Az egy mól pontos értéke 6,02214078×1023, amely Avogadro feltalálójáról kapta a nevét.
K: Praktikus-e a legtöbb funkciót mólban mérni?
V: Nem, a legtöbb feladatot nem praktikus molokkal mérni, mert az érték olyan hatalmas, hogy egy mol grapefruit akkora lenne, mint a Föld.
K: Hogyan mérjük a különböző molekulákat és atomokat?
V: A különböző molekulákat és atomokat amu (atomi tömegegység) mértékegységben mérik.
K: Hogyan viszonyul az amu a gramm/molhoz? V: Egy ampulla egy grammot jelent mólonként, ami azt jelenti, hogy ha egy atom tömege egy ampulla, akkor az atom egy mólja egy grammot nyom.
