Αριθμός ατόμων και αριθμός mol: το παράδειγμα της σακχαρόζης

Μία από τις βασικές δεξιότητες που σχετίζονται με τη στοιχειομετρία συνίσταται στη διάκριση μεταξύ των εννοιών του αριθμού των ατόμων και του αριθμού των γραμμομορίων. Και οι δύο έννοιες συνδέονται στενά και η κατανόησή τους είναι απαραίτητη τόσο για να μπορούμε να κάνουμε σωστά τους υπολογισμούς όσο και για να ερμηνεύουμε σωστά τις πληροφορίες σε πολλά κείμενα χημείας και βιοχημείας.

Τι είναι ένα άτομο;

Όταν μιλάμε για άτομα, αναφερόμαστε στις μικρότερες μονάδες που αποτελούν ένα δεδομένο χημικό στοιχείο και που εξακολουθούν να έχουν τις ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες . Τα άτομα είναι μικρά σωματίδια που σχηματίζονται από έναν ακόμη μικρότερο πυρήνα, όπου μπορούμε να βρούμε θετικά φορτισμένα πρωτόνια και νετρόνια. περιβάλλονται επίσης από ένα σύνολο αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων.

Αυτά τα άτομα είναι τα ίδια χημικά άτομα που βρίσκουμε στον περιοδικό πίνακα και τα οποία αναπαριστάνουμε σε χαρτί μέσω των αντίστοιχων χημικών τους συμβόλων. Για παράδειγμα, μπορούμε να μιλήσουμε για άτομα υδρογόνου ή άτομα άνθρακα, οπότε αναφερόμαστε στα σωματίδια που συνθέτουν το στοιχείο υδρογόνο ή άνθρακα και που αντιπροσωπεύονται με τα σύμβολα H και C, αντίστοιχα.

τα μόρια

Όταν δύο ή περισσότερα άτομα ενώνονται μεταξύ τους μέσω ομοιοπολικών δεσμών, σχηματίζονται νέες διακριτές μονάδες που ονομάζονται μόρια. Ακριβώς όπως τα άτομα αντιπροσωπεύονται από το χημικό τους σύμβολο, τα μόρια αντιπροσωπεύονται από τον μοριακό τύπο, ο οποίος είναι μια λίστα συμβόλων για όλα τα άτομα που το αποτελούν, με δείκτες που υποδεικνύουν τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου που συνθέτουν το μόριο. παρόν.

Παράδειγμα μορίου: σακχαρόζη

Ως παράδειγμα μορίου μπορούμε να θεωρήσουμε τη σακχαρόζη. Αυτή η ένωση είναι ένας δισακχαρίτης που σχηματίζεται από την ένωση ενός μορίου γλυκόζης και ενός μορίου φρουκτόζης και έχει τον μοριακό τύπο C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Η δομή του παρουσιάζεται παρακάτω:

Πόσα άτομα υπάρχουν στη σακχαρόζη;

Τώρα που καταλαβαίνουμε τι είναι τα άτομα και τι είναι η σακχαρόζη, και γνωρίζουμε επίσης τον μοριακό τύπο της τελευταίας, μπορούμε να δημιουργήσουμε μερικές απλές στοιχειομετρικές σχέσεις μεταξύ της σακχαρόζης και των ατόμων που περιέχει:

• Η σακχαρόζη περιέχει τρεις διαφορετικούς τύπους ατόμων, τα οποία είναι άτομα άνθρακα (C), υδρογόνου (Η) και οξυγόνου (Ο).
• Κάθε μόριο σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 12 άτομα άνθρακα.
• Ένα μόριο σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 22 άτομα υδρογόνου.
• Κάθε μόριο σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 11 άτομα οξυγόνου.
• Συνολικά, κάθε μόριο σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 45 άτομα.

Εκτός από αυτές τις σχέσεις μεταξύ ενός μορίου σακχαρόζης και των ατόμων που περιέχει, μπορούμε επίσης να δημιουργήσουμε πρόσθετες στοιχειομετρικές σχέσεις:

• Σε ένα δείγμα σακχαρόζης, για κάθε 12 άτομα άνθρακα υπάρχουν 22 άτομα υδρογόνου.
• Η σακχαρόζη περιέχει 11 άτομα οξυγόνου για κάθε 12 άτομα άνθρακα.
• Για κάθε 22 άτομα υδρογόνου που υπάρχουν στη σακχαρόζη, υπάρχουν επίσης 11 άτομα οξυγόνου.

Κάθε μία από αυτές τις αναλογίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διεξαγωγή στοιχειομετρικών υπολογισμών που σχετίζονται με τη σακχαρόζη. Επιπλέον, αυτή η ίδια ανάλυση μπορεί να γίνει με οποιαδήποτε ουσία της οποίας τον μοριακό τύπο γνωρίζουμε.

Τι είναι ο τυφλοπόντικας;

Το mole είναι η μονάδα του διεθνούς συστήματος για την έκφραση της ποσότητας της ύλης . Για παράδειγμα, λέγοντας ότι έχουμε ένα mole αζώτου, εκφράζουμε σιωπηρά πόσα άτομα αυτού του στοιχείου έχουμε. Αυτό συμβαίνει γιατί όταν μιλάμε για κρεατοελιές, εννοούμε τον αριθμό του Avogadro. Δηλαδή, το mole είναι ένα πολλαπλάσιο που δηλώνει την παρουσία ή την ύπαρξη 6.022 x 10 ²³ μονάδων κάτι . Αυτό το πράγμα μπορεί να αφορά οτιδήποτε, αν και στο πλαίσιο της επιστήμης, συνήθως αναφέρεται σε άτομα, μόρια, ιόντα, ηλεκτρόνια ή απλώς σωματίδια γενικά.

Με άλλα λόγια, ο τυφλοπόντικας δεν είναι τίποτα άλλο από έναν αριθμό. ένα πολύ μεγάλο, είναι αλήθεια, αλλά ένας αριθμός, τελικά. Στην πραγματικότητα, η έννοια του μωρού είναι ισοδύναμη με αυτή της ντουζίνας, όρος που σημαίνει 12. Μπορούμε να πούμε ότι η δωδεκάδα είναι στο 12, όπως ο μόλο είναι στον αριθμό του Avogadro.

Η έννοια του mole επινοήθηκε από τον Avogadro για να καθορίσει μια κλίμακα ατομικών βαρών σε σχέση με το βάρος ενός ατόμου του 12 ισοτόπου του στοιχείου άνθρακα. Αρχικά ορίστηκε ως ο αριθμός των ατόμων άνθρακα που υπάρχουν σε ακριβώς 12 γραμμάρια ενός εντελώς καθαρού δείγματος άνθρακα-12. Χρόνια αργότερα, προσδιορίστηκε ότι αυτός ο αριθμός ήταν ίσος με 6.022 x 10 ²³ και οι επόμενοι πειραματικοί προσδιορισμοί βελτίωσαν σταδιακά αυτόν τον αριθμό. Ωστόσο, για να αποφευχθεί ότι μία από τις βασικές μονάδες του διεθνούς συστήματος μονάδων εξαρτιόταν από την ακρίβεια των πειραματικών μετρήσεων και, ως εκ τούτου, υπέστη τροποποίηση κάθε φορά που λαμβανόταν καλύτερη μέτρηση, επαναπροσδιορίστηκε ως ακριβώς 6,02214076 x 10 ²³ .

Η σημασία του κρεατοελιά

Το mole είναι μια πολύ εύχρηστη μονάδα ποσότητας ύλης, καθώς μας επιτρέπει να εκφράσουμε τους αριθμούς των ατόμων σε μακροσκοπικά δείγματα ύλης (που είναι πάντα εξαιρετικά μεγάλοι αριθμοί) σε μικρότερους, πιο διαχειρίσιμους αριθμούς.

Από την άλλη πλευρά, χάρη στο γεγονός ότι οι αναλογίες μεταξύ των διαφορετικών χημικών στοιχείων που συνθέτουν μια χημική ένωση είναι σταθερές, όλες οι στοιχειομετρικές αναλογίες που μπορούμε να καθορίσουμε ως προς τα άτομα, τα μόρια ή τα ιόντα μπορούν να καθοριστούν χρησιμοποιώντας τους ίδιους αριθμούς σε όρους γραμμομορίων ατόμων, γραμμομορίων μορίων ή γραμμομορίων ιόντων.

Σωστή και λανθασμένη χρήση του κρεατοελιά

Είναι σύνηθες για τους μαθητές της Χημείας να αισθάνονται λίγο μπερδεμένοι όταν συναντούν για πρώτη φορά κρεατοελιές. Αυτή η σύγχυση, στις περισσότερες περιπτώσεις, οφείλεται σε λανθασμένη χρήση του όρου κατά την έκφραση στοιχειομετρικών σχέσεων. Ας θυμηθούμε ότι το mole δεν είναι τίποτα άλλο από έναν αριθμό που μετράει πόσες μονάδες από κάτι υπάρχουν. Επομένως, όποτε μιλάμε για κρεατοελιές πρέπει να διευκρινίζουμε τι μετράμε.

Ας φανταστούμε για μια στιγμή ότι ένας άνθρωπος λέει στον άλλο «έχω μια ντουζίνα». Το δεύτερο άτομο θα έχει αμέσως μια αμφιβολία και θα ρωτήσει: μια ντουζίνα από τι;

Το ίδιο ισχύει και για τους κρεατοελιές. Αν πούμε σε έναν χημικό «κάθε λίτρο διαλύματος περιέχει 3 moles», ο χημικός θα θέλει αμέσως να μάθει 3 moles από τι; Σαφώς; Από διαλύτη; Της διάλυσης;

Πόσοι κρεατοελιές υπάρχουν στη σακχαρόζη;

Έχοντας διευκρινίσει τα παραπάνω, μπορούμε τώρα να δημιουργήσουμε το ίδιο σύνολο στοιχειομετρικών σχέσεων που γράψαμε πριν από την άποψη των ατόμων και των μορίων, αλλά τώρα ως προς τα mol. Αυτές οι σχέσεις είναι:

• 1 mole μορίων σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 12 mole ατόμων άνθρακα.
• 1 mole μορίων σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 22 mole ατόμων υδρογόνου.
• Κάθε mole μορίων σακχαρόζης περιέχει ακριβώς 11 mole ατόμων οξυγόνου.
• Συνολικά, κάθε mole σακχαρόζης περιέχει 45 mole ατόμων.
• Σε οποιοδήποτε δείγμα σακχαρόζης, για κάθε 12 γραμμομόρια ατόμων άνθρακα υπάρχουν 22 γραμμομόρια ατόμων υδρογόνου.
• Η σακχαρόζη περιέχει 11 moles ατόμων οξυγόνου για κάθε 12 moles ατόμων άνθρακα.
• Για κάθε 22 moles υδρογόνου που υπάρχουν στη σακχαρόζη, υπάρχουν επίσης 11 mole οξυγόνου.

Σε αυτά τα παραδείγματα μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι, αν και είναι προτιμότερο να το κάνουμε, σε πολλές περιπτώσεις δεν είναι απαραίτητο να προσδιορίσουμε τον τύπο των εν λόγω σωματιδίων ή μονάδων, αλλά μόνο το όνομά τους. Έτσι, λέγοντας «κάθε γραμμομόριο σακχαρόζης», αφού η σακχαρόζη είναι ένα μόριο, εννοείται ότι το μόριο μετράει μόρια σακχαρόζης.

Ομοίως, λέγοντας «22 moles υδρογόνου» σε αυτό το πλαίσιο, το mole εννοείται ότι αναφέρεται σε mole ατόμων υδρογόνου, καθώς το υδρογόνο είναι το όνομα ενός ατόμου. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί μέριμνα, καθώς η λέξη υδρογόνο μπορεί επίσης να αναφέρεται σε άλλα συμφραζόμενα στο στοιχειακό υδρογόνο, το οποίο είναι ένα διατομικό αέριο με τον τύπο H ₂ . Σε αυτές τις περιπτώσεις, το να μιλάμε για “πρότυπα υδρογόνου” μπορεί να είναι ασαφές, καθώς δεν είναι σαφές αν αναφερόμαστε σε mole μορίων υδρογόνου ή mole ατόμων υδρογόνου, γεγονός που υπογραμμίζει την ανάγκη να διευκρινίζεται ανά πάσα στιγμή τι είναι αυτό που μετράει.

Αριθμός ατόμων έναντι αριθμού γραμμομορίων στη σακχαρόζη

Οι στοιχειομετρικές σχέσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω δεν είναι οι μόνες που μπορούν να καθοριστούν για τη σακχαρόζη. Μπορείτε επίσης να γράψετε σχέσεις που συνδυάζουν αριθμό ατόμων, ιόντων ή μορίων με αριθμό μορίων ατόμων, ιόντων ή μορίων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, πρέπει να προσέχουμε να μην ξεχνάμε ότι ένας τυφλοπόντικας είναι ίσος με τον αριθμό του Avogadro.

Μερικές πιθανές μικτές στοιχειομετρικές αναλογίες είναι:

• Σε ένα mole μορίων σακχαρόζης υπάρχουν 1,32454 x 10 ²⁵ άτομα υδρογόνου (που αντιστοιχεί σε 22 mole πολλαπλασιαζόμενα με τον αριθμό του Avogadro).
• Για κάθε 12 mol ατόμων άνθρακα σε ένα δείγμα σακχαρόζης, υπάρχουν 6,02214076 x 10 ^{23 μόρια σακχαρόζης.}

Ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη όταν γράφετε στοιχειομετρικές σχέσεις για τη σακχαρόζη, όπως και για κάθε άλλη ένωση, είναι να αντιμετωπίζετε τον αριθμό των ατόμων και των μορίων και τον αριθμό των μορίων ατόμων και μορίων σαν να ήταν τα ίδια. Ακολουθούν ορισμένα χαρακτηριστικά παραδείγματα αυτού του τύπου σφαλμάτων:

• Σε ένα mole μορίων σακχαρόζης υπάρχουν 22 άτομα υδρογόνου.
• Για κάθε 12 άτομα άνθρακα σε ένα δείγμα σακχαρόζης, υπάρχει 1 mole μορίων σακχαρόζης.

Αν ανά πάσα στιγμή προκύψει ένα ερώτημα για το αν μια σχέση είναι σωστή ή λάθος, ένα πολύ χρήσιμο κόλπο είναι να αντικαταστήσετε τη λέξη τυφλοπόντικας με ντουζίνα. Αν η σχέση έχει νόημα να το κάνεις, μάλλον είναι εντάξει. Όταν η σχέση δεν είναι καλά γραμμένη, η αντικατάσταση του mol με ντουζίνα θα το κάνει να ακούγεται πολύ πιο περίεργο και θα είναι εύκολο να δεις ότι υπάρχει λάθος. Για παράδειγμα, στην πρώτη από τις δύο λανθασμένες σχέσεις, το να πούμε ότι υπάρχουν 22 άτομα υδρογόνου σε μια ντουζίνα μόρια σακχαρόζης είναι προφανώς λάθος, αφού μια ντουζίνα μόρια έχουν 12 επί 22 άτομα υδρογόνου, δηλαδή 264 άτομα υδρογόνου, όχι 22.

βιβλιογραφικές αναφορές

Μοριακές και ιοντικές ενώσεις. (2020, 30 Οκτωβρίου). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Χημεία (11η έκδ.). ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ MCGRAW HILL.

Μορίες ατόμων και μορίων – Έννοιες – Στοιχειομετρία – Χημεία . (ν). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

Επαναπροσδιορισμός του κρεατοελιά . (ν). LATU. https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf