Брой атоми и брой молове: пример за захароза

Едно от основните умения, свързани със стехиометрията, се състои в разграничаването на понятията брой атоми и брой молове. И двете концепции са тясно свързани и разбирането им е от съществено значение както за правилното извършване на изчисления, така и за правилното тълкуване на информацията в много текстове по химия и биохимия.

Какво е атом?

Когато говорим за атоми, имаме предвид най-малките единици, които изграждат даден химичен елемент и които все още имат същите физични и химични свойства . Атомите са малки частици, образувани от още по-малко ядро, където можем да намерим положително заредени протони и неутрони; те също са заобиколени от набор от отрицателно заредени електрони.

Тези атоми са същите химически атоми, които намираме в периодичната таблица и които представяме на хартия чрез съответните им химически символи. Например, можем да говорим за водородни атоми или въглеродни атоми, в който случай се отнасяме до частиците, които изграждат елемента водород или въглерод и които са представени съответно със символите H и C.

молекулите

Когато два или повече атома се съединят чрез ковалентни връзки, се образуват нови дискретни единици, наречени молекули. Точно както атомите са представени от техния химически символ, молекулите са представени от молекулната формула, която е списък от символи за всички атоми, които я съставят, с индекси, показващи броя на атомите на всеки елемент, който съставлява молекулата. настояще.

Пример за молекула: захароза

Като пример за молекула можем да разгледаме захарозата. Това съединение е дизахарид, образуван от обединяването на молекула глюкоза и молекула фруктоза и има молекулна формула C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Структурата му е представена по-долу:

Колко атома има в захарозата?

Сега, след като разбираме какво представляват атомите и какво е захарозата, а също така знаем молекулната формула на последната, можем да установим някои прости стехиометрични връзки между захарозата и атомите, които съдържа:

• Захарозата съдържа три различни вида атоми, които са въглеродни (C), водородни (H) и кислородни (O) атоми.
• Всяка молекула захароза съдържа точно 12 въглеродни атома.
• Молекулата на захарозата съдържа точно 22 водородни атома.
• Всяка молекула захароза съдържа точно 11 кислородни атома.
• Общо всяка молекула захароза съдържа точно 45 атома.

В допълнение към тези връзки между молекулата на захарозата и атомите, които съдържа, можем също да установим допълнителни стехиометрични връзки:

• В проба от захароза на всеки 12 въглеродни атома има 22 водородни атома.
• Захарозата съдържа 11 кислородни атома за всеки 12 въглеродни атома.
• За всеки 22 водородни атома, присъстващи в захарозата, има и 11 кислородни атома.

Всяко от тези съотношения може да се използва за извършване на стехиометрични изчисления, свързани със захарозата. В допълнение, същият този анализ може да се направи с всяко вещество, чиято молекулна формула знаем.

Какво е бенка?

Молът е единица от международната система за изразяване на количеството материя . Например, като казваме, че имаме един мол азот, ние имплицитно изразяваме колко атома от този елемент имаме. Това е така, защото когато говорим за бенки, имаме предвид числото на нещо на Авогадро. Тоест, молът е кратно, което показва наличието или съществуването на 6,022 x 10 ²³ единици от нещо . Това нещо може да се отнася за всичко, въпреки че в контекста на науката обикновено се отнася до атоми, молекули, йони, електрони или просто частици като цяло.

С други думи, бенката не е нищо повече от число; много голямо, вярно, но все пак число. Всъщност концепцията за мол е еквивалентна на тази за дузина, термин, който означава 12. Можем да кажем, че дузината е до 12, както молът е до числото на Авогадро.

Концепцията за мол е изобретена от Авогадро, за да се установи скала на атомните тегла спрямо теглото на атом от 12 изотопа на елемента въглерод. Първоначално се определя като броя на въглеродните атоми, присъстващи в точно 12 грама напълно чиста проба от въглерод-12. Години по-късно беше установено, че това число е равно на 6022 x 10 ²³ и последващите експериментални определяния постепенно прецизираха това число. Въпреки това, за да се избегне една от основните единици на международната система от единици да зависи от точността на експерименталните измервания и следователно да претърпява модификация всеки път, когато се получава по-добро измерване, тя беше предефинирана като точно 6,02214076 x 10 ²³ .

Значението на бенката

Молът е много удобна единица за количество материя, тъй като ни позволява да изразим броя на атомите в макроскопични проби от материя (които винаги са изключително големи числа) в по-малки, по-управляеми числа.

От друга страна, благодарение на факта, че пропорциите между различните химични елементи, които изграждат едно химично съединение, са фиксирани, всички стехиометрични пропорции, които можем да установим по отношение на атоми, молекули или йони, могат да бъдат установени с помощта на едни и същи числа в по отношение на молове атоми, молове молекули или молове йони.

Правилно и неправилно използване на бенката

Обичайно е студентите по химия да се чувстват малко объркани, когато за първи път срещнат бенки. Това объркване в повечето случаи се дължи на неправилно използване на термина при изразяване на стехиометрични отношения. Нека си припомним, че бенката не е нищо повече от число, което отчита колко единици от нещо има; следователно винаги, когато говорим за бенки, трябва да уточним какво броим.

Нека си представим за момент, че един човек казва на друг „Имам дузина“. Вторият човек веднага ще се съмнява и ще попита: дузина от какво?

Същото важи и за бенките. Ако кажем на химик „всеки литър разтвор съдържа 3 мола“, химикът веднага ще поиска да знае 3 мола от какво? Решително? От разтворител? На разтваряне?

Колко мола има в захарозата?

След като изяснихме горното, сега можем да установим същия набор от стехиометрични зависимости, които писахме преди по отношение на атоми и молекули, но сега по отношение на молове. Тези взаимоотношения са:

• 1 мол молекули захароза съдържа точно 12 мола въглеродни атоми.
• 1 мол молекули захароза съдържа точно 22 мола водородни атоми.
• Всеки мол захарозни молекули съдържа точно 11 мола кислородни атоми.
• Общо всеки мол захароза съдържа 45 мола атоми.
• Във всяка проба от захароза, за всеки 12 мола въглеродни атоми има 22 мола водородни атоми.
• Захарозата съдържа 11 мола кислородни атоми за всеки 12 мола въглеродни атоми.
• За всеки 22 мола водород в захарозата има и 11 мола кислород.

В тези примери можем да забележим, че въпреки че е за предпочитане да се направи това, в много ситуации не е необходимо да се посочи типът на въпросните частици или единици, а само тяхното име. По този начин, като се каже „всеки мол захароза“, тъй като захарозата е молекула, се разбира, че молът брои молекули захароза.

По същия начин, като се каже „22 мола водород“ в този контекст, се разбира, че молът се отнася до молове водородни атоми, тъй като водородът е името на атом. Трябва обаче да се внимава, тъй като думата водород може да се отнася и в друг контекст до елементарен водород, който е двуатомен газ с формула Н ₂ . В тези случаи говоренето за „водородни шаблони“ може да бъде двусмислено, тъй като не е ясно дали имаме предвид молове водородни молекули или молове водородни атоми, което подчертава необходимостта да се уточнява по всяко време какво същество брои.

Броят на атомите спрямо броя на моловете в захарозата

Посочените по-горе стехиометрични зависимости не са единствените, които могат да бъдат установени за захарозата. Можете също така да напишете връзки, които комбинират брой атоми, йони или молекули с брой молове атоми, йони или молекули. В тези случаи трябва да се внимава да не се забравя, че един мол е равен на числото на Авогадро.

Някои възможни смесени стехиометрични съотношения са:

• В един мол захарозни молекули има 1,32454 x 10 ²⁵ водородни атома (което съответства на 22 мола, умножени по числото на Авогадро).
• За всеки 12 мола въглеродни атоми в проба от захароза присъстват 6,02214076 x 10 ^{23 молекули захароза.}

Една от най-честите грешки при писане на стехиометрични отношения за захароза, както и за всяко друго съединение, е да се третира броят на атомите и молекулите и броят молове на атомите и молекулите, сякаш са еднакви. Ето някои типични примери за този тип грешки:

• В един мол захарозни молекули има 22 водородни атома.
• За всеки 12 въглеродни атома в проба захароза присъстват 1 мол молекули захароза.

Ако в даден момент възникне въпрос дали една връзка е правилна или грешна, много полезен трик е да замените думата бенка с дузина. Ако връзката има смисъл в това, вероятно е добре. Когато връзката не е написана добре, замяната на мол с дузина ще я направи да звучи много по-странно и лесно ще се види, че има грешка. Например, в първото от двете погрешни съотношения твърдението, че има 22 водородни атома в дузина молекули на захароза, е очевидно погрешно, тъй като дузина молекули имат 12 пъти по 22 водородни атома, тоест 264 водородни атома, а не 22.

Препратки

Молекулни и йонни съединения. (2020 г., 30 октомври). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Чанг, Р. (2021). Химия (11-то издание). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Моли от атоми и молекули – Понятия – Стехиометрия – Химия . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

Предефиниране на бенката . (nd). ЛАТУ. https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf