Az atomok száma és a mólok száma: a szacharóz példája

A sztöchiometriával kapcsolatos egyik alapkészség az atomszám és a mólszám fogalmának megkülönböztetése. Mindkét fogalom szorosan összefügg, és megértésük elengedhetetlen mind a helyes számítások elvégzéséhez, mind a számos kémiai és biokémiai szövegben található információk helyes értelmezéséhez.

Mi az atom?

Amikor atomokról beszélünk , azokra a legkisebb egységekre utalunk, amelyek egy adott kémiai elemet alkotnak, és amelyek még mindig ugyanazokkal a fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek . Az atomok apró részecskék, amelyeket egy még kisebb mag alkot, ahol pozitív töltésű protonokat és neutronokat találunk; negatív töltésű elektronok halmaza is körülveszi őket.

Ezek az atomok ugyanazok a kémiai atomok, amelyeket a periódusos rendszerben találunk, és amelyeket a papíron a megfelelő vegyjeleik segítségével ábrázolunk. Például beszélhetünk hidrogénatomokról vagy szénatomokról, ilyenkor a hidrogén vagy szén elemet alkotó részecskékre utalunk, amelyeket a H és C szimbólumok jelölnek.

a molekulák

Ha két vagy több atom kovalens kötéseken keresztül kapcsolódik egymáshoz, új diszkrét egységek, úgynevezett molekulák jönnek létre. Ahogy az atomokat a kémiai szimbólumuk ábrázolja, a molekulákat a molekulaképlet ábrázolja, amely az azt alkotó összes atomra vonatkozó szimbólumok listája, az alsó indexekkel, amelyek a molekulát alkotó egyes elemek atomjainak számát jelzik. ajándék.

Példa egy molekulára: szacharóz

Molekulára példaként a szacharózt tekinthetjük. Ez a vegyület egy diszacharid, amely egy glükózmolekula és egy fruktózmolekula egyesülésével jön létre, és molekulaképlete C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Felépítését az alábbiakban mutatjuk be:

Hány atom van a szacharózban?

Most, hogy megértjük, mi az atomok és mi a szacharóz, és ismerjük az utóbbi molekulaképletét is, néhány egyszerű sztöchiometrikus összefüggést megállapíthatunk a szacharóz és a benne lévő atomok között:

• A szacharóz három különböző típusú atomot tartalmaz, ezek a szén (C), hidrogén (H) és oxigén (O) atomok.
• Minden szacharózmolekula pontosan 12 szénatomot tartalmaz.
• Egy szacharózmolekula pontosan 22 hidrogénatomot tartalmaz.
• Minden szacharózmolekula pontosan 11 oxigénatomot tartalmaz.
• Összesen minden szacharózmolekula pontosan 45 atomot tartalmaz.

A szacharózmolekula és a benne lévő atomok közötti kapcsolatokon kívül további sztöchiometrikus kapcsolatokat is megállapíthatunk:

• Egy szacharózmintában minden 12 szénatomhoz 22 hidrogénatom tartozik.
• A szacharóz 12 szénatomonként 11 oxigénatomot tartalmaz.
• A szacharózban jelenlévő 22 hidrogénatomra 11 oxigénatom is jut.

Ezen arányok mindegyike felhasználható a szacharózzal kapcsolatos sztöchiometrikus számítások elvégzésére. Ezenkívül ugyanez az elemzés elvégezhető bármely olyan anyaggal, amelynek molekulaképletét ismerjük.

Mi az a vakond?

A mól a nemzetközi rendszer mértékegysége, amely az anyag mennyiségét fejezi ki . Például, ha azt mondjuk, hogy egy mól nitrogénünk van, akkor implicit módon kifejezzük, hogy ennek az elemnek hány atomja van. Ez azért van így, mert amikor anyajegyekről beszélünk, akkor valami Avogadro számát értjük alatta. Vagyis a mól egy többszöröse, amely valami 6,022 x 10 ²³ egység jelenlétét vagy létezését jelzi . Ez a dolog bármiről szólhat, bár a tudomány kontextusában általában atomokra, molekulákra, ionokra, elektronokra, vagy általában csak részecskékre vonatkozik.

Más szóval, a vakond nem más, mint egy szám; egy nagyon nagy, igaz, de végül is egy szám. Valójában a vakond fogalma egyenértékű a tucat fogalmával, ez a kifejezés 12-t jelent. Azt mondhatjuk, hogy a tucat 12-t jelent, ahogy a vakond Avogadro számának felel meg.

A mól fogalmát Avogadro találta ki, hogy meghatározza az atomtömegek skáláját a szén elem 12-es izotópjának atomjának tömegéhez viszonyítva. Eredetileg egy teljesen tiszta szén-12 mintában pontosan 12 gramm szénatomok számaként határozták meg. Évekkel később megállapították, hogy ez a szám 6022 x 10 ²³ , és a későbbi kísérleti meghatározások fokozatosan finomították ezt a számot. Annak elkerülésére azonban, hogy a nemzetközi mértékegységrendszer egyik alapegysége a kísérleti mérések pontosságától függjön, és ezért minden egyes jobb mérési eredménynél módosuljon, pontosan 6,02214076 x 10 23-ra határoztuk ^meg .

A vakond jelentősége

A mól az anyagmennyiség egy nagyon praktikus egysége, mivel lehetővé teszi, hogy a makroszkopikus anyagmintákban lévő atomok számát (amelyek mindig rendkívül nagy számok) kisebb, jobban kezelhető számokkal fejezzük ki.

Másrészt annak köszönhetően, hogy a kémiai vegyületet alkotó különböző kémiai elemek közötti arányok rögzítettek, minden sztöchiometrikus arány, amelyet atomok, molekulák vagy ionok tekintetében megállapíthatunk, ugyanazon számok felhasználásával megállapítható. az atomok, a molekulák vagy az ionok móljaiban kifejezve.

A vakond helyes és helytelen használata

Gyakori, hogy a kémikus hallgatók kissé összezavarodnak, amikor először találkoznak anyajegyekkel. Ez a zavar a legtöbb esetben a kifejezés helytelen használatából adódik a sztöchiometrikus összefüggések kifejezése során. Emlékezzünk arra, hogy a vakond nem más, mint egy szám, amely megszámolja, hogy valaminek hány egysége van; ezért amikor anyajegyekről beszélünk, meg kell határoznunk, hogy mit számolunk.

Képzeljük el egy pillanatra, hogy az egyik ember azt mondja a másiknak: „Van egy tucat”. A második embernek azonnal kétségei támadnak, és megkérdezik: egy tucat miből?

Ugyanez vonatkozik a vakondokra is. Ha azt mondjuk egy vegyésznek, hogy „minden liter oldatban 3 mól van”, a kémikus azonnal meg akar tudni, miből 3 mól? Határozottan? Az oldószertől? A feloszlástól?

Hány mól van a szacharózban?

A fentiek tisztázása után ugyanazt a sztöchiometrikus összefüggésrendszert állíthatjuk fel, amelyet korábban az atomok és molekulák tekintetében írtunk, most azonban mólokra vonatkozóan. Ezek a kapcsolatok a következők:

• 1 mol szacharózmolekula pontosan 12 mol szénatomot tartalmaz.
• 1 mol szacharózmolekula pontosan 22 mol hidrogénatomot tartalmaz.
• A szacharózmolekulák minden mólja pontosan 11 mol oxigénatomot tartalmaz.
• Összesen minden mól szacharóz 45 mól atomot tartalmaz.
• Minden szacharózmintában minden 12 mol szénatomhoz 22 mol hidrogénatom tartozik.
• A szacharóz 12 mol szénatomonként 11 mol oxigénatomot tartalmaz.
• A szacharózban jelenlévő 22 mol hidrogénre 11 mol oxigén is jut.

Ezekben a példákban észrevehetjük, hogy bár célszerű ezt megtenni, sok esetben nem szükséges megadni a szóban forgó részecskék vagy egységek típusát, hanem csak a nevét. Így, ha azt mondjuk, hogy „minden mól szacharóz”, mivel a szacharóz egy molekula, érthető, hogy a mól szacharózmolekulákat számol.

Hasonlóképpen, ha ebben az összefüggésben azt mondjuk, hogy „22 mol hidrogén”, a mól a hidrogénatomok móljaira utal, mivel a hidrogén egy atom neve. Vigyázni kell azonban, mivel a hidrogén szó más összefüggésben utalhat elemi hidrogénre is, amely egy H ₂ képletű kétatomos gáz . Ezekben az esetekben a „hidrogénsablonokról” beszélni kétértelmű lehet, mivel nem világos, hogy hidrogénmolekulák móljaira vagy hidrogénatomok móljaira gondolunk, ami rávilágít arra, hogy mindenkor meg kell határozni, hogy mit számol.

A szacharóz atomjainak száma a mólszám függvényében

A szacharóz esetében nem csak a fent említett sztöchiometrikus összefüggések állapíthatók meg. Olyan összefüggéseket is írhat, amelyek egyesítik az atomok, ionok vagy molekulák számát az atomok, ionok vagy molekulák móljainak számával. Ezekben az esetekben ügyelni kell arra, hogy ne felejtsük el, hogy egy mól egyenlő Avogadro számával.

Néhány lehetséges vegyes sztöchiometrikus arány:

• Egy mól szacharózmolekulában 1,32454 x 10 ²⁵ hidrogénatom van (ami 22 mol Avogadro-szám szorzatának felel meg).
• A szacharózmintában minden 12 mol szénatomra 6,02214076 x 1023 ^{szacharózmolekula} van jelen.

Az egyik leggyakoribb hiba a sztöchiometrikus összefüggések felírásakor a szacharózra, mint bármely más vegyületre, az, hogy az atomok és molekulák számát, valamint az atomok és molekulák mólszámát úgy kezelik, mintha ugyanazok lennének. Íme néhány tipikus példa az ilyen típusú hibákra:

• Egy mól szacharózmolekulában 22 hidrogénatom van.
• A szacharózmintában 12 szénatomonként 1 mol szacharózmolekula van jelen.

Ha bármikor felmerül a kérdés, hogy egy kapcsolat jó-e vagy rossz, egy nagyon hasznos trükk, ha a vakond szót tucattal helyettesítjük. Ha a kapcsolatnak van értelme, akkor valószínűleg rendben van. Ha a reláció nincs jól megírva, a mol lecserélése tucattal sokkal furcsábban hangzik, és könnyen belátható, hogy hiba van. Például a két hibás összefüggés közül az elsőben nyilvánvalóan helytelen azt mondani, hogy egy tucat szacharózmolekulában 22 hidrogénatom van, hiszen egy tucat molekulában 12-szer 22 hidrogénatom van, azaz 264 hidrogénatom, nem pedig 22.

Hivatkozások

Molekuláris és ionos vegyületek. (2020. október 30.). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Kémia (11. kiadás). MCGRAW HILL OKTATÁS.

Atomok és molekulák móljai – Fogalmak – Sztöchiometria – Kémia . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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