Atomien lukumäärä ja moolien lukumäärä: esimerkki sakkaroosista

Yksi stoikiometriaan liittyvistä perustaidoista on atomien lukumäärän ja moolimäärän käsitteiden erottaminen toisistaan. Molemmat käsitteet liittyvät läheisesti toisiinsa ja niiden ymmärtäminen on olennaista, jotta voidaan tehdä laskelmia oikein ja tulkita oikein monien kemian ja biokemian tekstien tietoja.

Mikä on atomi?

Kun puhumme atomeista, tarkoitamme pienimpiä yksiköitä, jotka muodostavat tietyn kemiallisen alkuaineen ja joilla on edelleen samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet . Atomit ovat pieniä hiukkasia, jotka muodostuvat vielä pienemmästä ytimestä, josta voimme löytää positiivisesti varautuneita protoneja ja neutroneja; niitä ympäröi myös joukko negatiivisesti varautuneita elektroneja.

Nämä atomit ovat samoja kemiallisia atomeja, jotka löydämme jaksollisesta taulukosta ja joita edustamme paperilla vastaavien kemiallisten symbolien avulla. Voidaan puhua esimerkiksi vetyatomeista tai hiiliatomeista, jolloin viitataan hiukkasiin, jotka muodostavat alkuaineen vety tai hiili ja joita edustavat symbolit H ja C vastaavasti.

molekyylejä

Kun kaksi tai useampi atomi liittyy yhteen kovalenttisilla sidoksilla, muodostuu uusia erillisiä yksiköitä, joita kutsutaan molekyyleiksi. Aivan kuten atomit esitetään niiden kemiallisilla symboleilla, molekyylejä edustaa molekyylikaava, joka on luettelo kaikkien sen muodostavien atomien symboleista, ja alaindeksit osoittavat kunkin molekyylin muodostavan alkuaineen atomien lukumäärän. esittää.

Esimerkki molekyylistä: sakkaroosi

Esimerkkinä molekyylistä voimme pitää sakkaroosia. _{Tämä yhdiste on} disakkaridi, joka muodostuu glukoosimolekyylin ja fruktoosimolekyylin yhdistymisestä ja jonka molekyylikaava on _{C12H22O11 .} Sen rakenne on esitetty alla:

Kuinka monta atomia on sakkaroosissa?

Nyt kun ymmärrämme, mitä atomit ovat ja mitä sakkaroosi on, ja tiedämme myös jälkimmäisen molekyylikaavan, voimme luoda joitain yksinkertaisia ​​stoikiometrisiä suhteita sakkaroosin ja sen sisältämien atomien välille:

• Sakkaroosi sisältää kolmea erityyppistä atomia, jotka ovat hiili- (C), vety (H) ja happi (O) atomeja.
• Jokainen sakkaroosimolekyyli sisältää täsmälleen 12 hiiliatomia.
• Sakkaroosimolekyyli sisältää täsmälleen 22 vetyatomia.
• Jokainen sakkaroosimolekyyli sisältää täsmälleen 11 happiatomia.
• Yhteensä jokainen sakkaroosimolekyyli sisältää täsmälleen 45 atomia.

Näiden sakkaroosimolekyylin ja sen sisältämien atomien välisten suhteiden lisäksi voimme myös luoda muita stoikiometrisiä suhteita:

• Sakkaroosinäytteessä jokaista 12 hiiliatomia kohden on 22 vetyatomia.
• Sakkaroosi sisältää 11 happiatomia jokaista 12 hiiliatomia kohti.
• Jokaista sakkaroosissa olevaa 22 vetyatomia kohden on myös 11 happiatomia.

Kutakin näistä suhteista voidaan käyttää sakkaroosiin liittyvien stoikiometristen laskelmien suorittamiseen. Lisäksi tämä sama analyysi voidaan tehdä millä tahansa aineella, jonka molekyylikaavan tiedämme.

Mikä on myyrä?

Mooli on kansainvälisen järjestelmän yksikkö, joka ilmaisee aineen määrän . Esimerkiksi sanomalla, että meillä on yksi mooli typpeä, ilmaisemme implisiittisesti kuinka monta tämän alkuaineen atomia meillä on. Tämä johtuu siitä, että kun puhumme myyreistä, tarkoitamme Avogadron lukua. Eli mooli on kerrannainen, joka osoittaa jonkin 6,022 x 10 ²³ yksikön olemassaolon tai olemassaolon . Tämä asia voi koskea mitä tahansa, vaikka tieteen kontekstissa se yleensä viittaa atomeihin, molekyyleihin, ioneihin, elektroneihin tai vain hiukkasiin yleensä.

Toisin sanoen myyrä ei ole muuta kuin numero; erittäin suuri, se on totta, mutta kuitenkin numero. Itse asiassa mooli on sama kuin tusina, termi, joka tarkoittaa 12. Voimme sanoa, että tusina on 12, kuten mooli on Avogadron numero.

Avogadro keksi moolikäsitteen määrittääkseen atomipainojen asteikon hiilen 12 isotoopin atomin painoon nähden. Se määriteltiin alun perin hiiliatomien lukumääräksi, joka on täsmälleen 12 grammassa täysin puhdasta hiili-12-näytteestä. Vuosia myöhemmin määritettiin, että tämä luku oli 6 022 x 10 ²³ , ja myöhemmät kokeelliset määritykset tarkensivat tätä lukua vähitellen. Kuitenkin, jotta vältettäisiin se, että yksi kansainvälisen yksikköjärjestelmän perusyksiköistä riippuisi kokeellisten mittausten tarkkuudesta ja kärsisi sen vuoksi muutoksen joka kerta, kun saatiin parempi mittaus, se määriteltiin uudelleen tarkalleen 6,02214076 x 10 ²³ .

Myyrän merkitys

Mooli on erittäin kätevä aineen määrän yksikkö, koska sen avulla voimme ilmaista makroskooppisissa ainenäytteissä olevien atomien lukumäärät (jotka ovat aina erittäin suuria) pienempinä, paremmin hallittavissa olevina lukuina.

Toisaalta sen tosiasian ansiosta, että kemiallisen yhdisteen muodostavien eri kemiallisten alkuaineiden väliset suhteet ovat kiinteät, kaikki stoikiometriset suhteet, jotka voimme määrittää atomeina, molekyyleinä tai ioneina, voidaan määrittää käyttämällä samoja lukuja atomien, molekyylien tai ionien moolien termejä.

Myyrän oikea ja väärä käyttö

On tavallista, että kemian opiskelijat tuntevat olonsa hieman hämmentyneeksi, kun he törmäävät ensimmäisen kerran myyriin. Tämä hämmennys johtuu useimmissa tapauksissa termin virheellisestä käytöstä ilmaistaessa stoikiometrisiä suhteita. Muistakaamme, että mooli ei ole muuta kuin luku, joka laskee kuinka monta yksikköä jotain on; siksi aina kun puhumme myyreistä, meidän on täsmennettävä, mitä laskemme.

Kuvitellaanpa hetki, että joku sanoo toiselle: ”Minulla on tusina”. Toinen henkilö epäilee välittömästi ja kysyy: tusina mitä?

Sama pätee myyriin. Jos sanomme kemistille ”jokainen litra liuosta sisältää 3 moolia”, kemisti haluaa heti tietää 3 moolia mitä? Selvästi? liuottimesta? Purkamisesta?

Kuinka monta moolia on sakkaroosissa?

Selvitettyämme yllä olevaa voimme nyt muodostaa samat stoikiometriset suhteet, jotka kirjoitimme aiemmin atomien ja molekyylien suhteen, mutta nyt moolien suhteen. Nämä suhteet ovat:

• 1 mooli sakkaroosimolekyylejä sisältää täsmälleen 12 moolia hiiliatomia.
• 1 mooli sakkaroosimolekyylejä sisältää täsmälleen 22 moolia vetyatomeja.
• Jokainen mooli sakkaroosimolekyylejä sisältää täsmälleen 11 moolia happiatomia.
• Yhteensä jokainen sakkaroosimooli sisältää 45 moolia atomia.
• Jokaisessa sakkaroosinäytteessä jokaista 12 moolia hiiliatomia kohden on 22 moolia vetyatomeja.
• Sakkaroosi sisältää 11 moolia happiatomeja jokaista 12 moolia hiiliatomia kohti.
• Jokaista sakkaroosissa olevaa 22 moolia vetyä kohti on myös 11 moolia happea.

Näissä esimerkeissä voidaan huomata, että vaikka se onkin edullista, monissa tilanteissa ei ole tarpeen määritellä kyseessä olevien hiukkasten tai yksiköiden tyyppiä, vaan vain niiden nimeä. Näin ollen sanomalla ”jokainen sakkaroosimooli”, koska sakkaroosi on molekyyli, ymmärretään, että mooli laskee sakkaroosimolekyylejä.

Samoin sanomalla ”22 moolia vetyä” tässä yhteydessä moolin ymmärretään viittaavan vetyatomien mooliin, koska vety on atomin nimi. On kuitenkin oltava varovainen, sillä sana vety voi viitata myös muissa yhteyksissä alkuainevetyyn, joka on kaksiatominen kaasu, jonka kaava on H ₂ . Näissä tapauksissa ”vetymalleista” puhuminen voi olla epäselvää, koska ei ole selvää, tarkoitammeko vetymolekyylien vai vetyatomien moolia, mikä korostaa tarvetta määritellä aina, mitä hän laskee.

Sakkaroosin atomien lukumäärä vs. moolien lukumäärä

Edellä mainitut stoikiometriset suhteet eivät ole ainoita, jotka voidaan määrittää sakkaroosille. Voit myös kirjoittaa suhteita, jotka yhdistävät atomien, ionien tai molekyylien määrän atomien, ionien tai molekyylien moolien määrään. Näissä tapauksissa on varottava unohtamasta, että yksi mooli on yhtä suuri kuin Avogadron luku.

Joitakin mahdollisia sekoitettuja stoikiometrisiä suhteita ovat:

• Yhdessä moolissa sakkaroosimolekyylejä on 1,32454 x 10 ²⁵ vetyatomia (joka vastaa 22 moolia kerrottuna Avogadron luvulla).
• Jokaista sakkaroosinäytteen 12 moolia hiiliatomia kohti on 6,02214076 x 10 ²³ sakkaroosimolekyyliä.

Yksi yleisimmistä virheistä kirjoitettaessa stoikiometrisiä suhteita sakkaroosille, kuten kaikille muille yhdisteille, on käsitellä atomien ja molekyylien lukumäärää sekä atomien ja molekyylien moolimäärää ikään kuin ne olisivat samoja. Tässä on joitain tyypillisiä esimerkkejä tämäntyyppisistä virheistä:

• Sakkaroosimolekyylien moolissa on 22 vetyatomia.
• Jokaista sakkaroosinäytteen 12 hiiliatomia kohden on 1 mooli sakkaroosimolekyylejä.

Jos milloin tahansa herää kysymys, onko suhde oikea vai väärä, erittäin hyödyllinen temppu on korvata sana myyrä sanalla tusina. Jos suhteessa on järkeä tehdä niin, se on todennäköisesti kunnossa. Kun relaatiota ei ole kirjoitettu hyvin, moolin korvaaminen kymmenellä saa sen kuulostamaan paljon oudommalta ja on helppo nähdä, että siinä on virhe. Esimerkiksi ensimmäisessä kahdesta virheellisestä suhteesta väittäminen, että tusinassa sakkaroosimolekyylissä on 22 vetyatomia, on ilmeisen väärin, koska tusinassa molekyylissä on 12 kertaa 22 vetyatomia, eli 264 vetyatomia, ei 22.

Viitteet

Molekyyli- ja ioniyhdisteet. (2020, 30. lokakuuta). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Kemia (11. painos). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.

Atomien ja molekyylien moolit – Käsitteet – Stökiometria – Kemia . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

Myyrän uudelleenmäärittely . (nd). LATU. https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf