原子数とモル数：ショ糖の例

化学量論に関連する基本的なスキルの 1 つは、原子数とモル数の概念の区別にあります。両方の概念は密接に関連しており、それらを理解することは、計算を正しく実行し、多くの化学および生化学のテキストの情報を正しく解釈できるようにするために不可欠です。

原子とは何ですか？

原子について話すとき、特定の化学元素を構成し、同じ物理的および化学的特性を持っている最小単位を指します。原子は、さらに小さな原子核によって形成される小さな粒子であり、そこで正電荷を帯びた陽子と中性子を見つけることができます。それらはまた、負に帯電した電子のセットに囲まれています。

これらの原子は、周期表で見つかった同じ化学原子であり、それぞれの化学記号によって紙に表されます。たとえば、水素原子または炭素原子について話すことができます。この場合、要素水素または炭素を構成し、それぞれ記号 H および C で表される粒子を指します。

分子

2 つ以上の原子が共有結合を介して結合すると、分子と呼ばれる新しい個別の単位が形成されます。原子が化学記号で表されるのと同じように、分子は、それを構成するすべての原子の記号のリストである分子式で表され、添字は分子を構成する各要素の原子の数を示します。現在。

分子の例: スクロース

分子の例として、スクロースを考えることができます。この化合物は、グルコース分子とフルクトース分子の結合によって形成される二糖類であり、分子式は C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁です。その構造を以下に示します。

スクロースにはいくつの原子が含まれていますか?

原子とは何か、スクロースとは何かを理解し、後者の分子式も知ったので、スクロースとそれに含まれる原子との間の単純な化学量論的関係を確立できます。

• スクロースには、炭素 (C)、水素 (H)、酸素 (O) 原子の 3 種類の原子が含まれています。
• 各スクロース分子には、正確に 12 個の炭素原子が含まれています。
• スクロース分子には、正確に 22 個の水素原子が含まれています。
• 各スクロース分子には、正確に 11 個の酸素原子が含まれています。
• 合計すると、各スクロース分子には正確に 45 個の原子が含まれます。

スクロース分子とそれに含まれる原子の間のこれらの関係に加えて、追加の化学量論的関係を確立することもできます。

• スクロースのサンプルでは、​​12 個の炭素原子ごとに 22 個の水素原子があります。
• スクロースには、12個の炭素原子ごとに11個の酸素原子が含まれています。
• スクロースに存在する 22 個の水素原子ごとに、11 個の酸素原子もあります。

これらの比率のそれぞれは、ショ糖に関連する化学量論的計算を実行するために使用できます。さらに、この同じ分析は、分子式がわかっている任意の物質で行うことができます。

モグラとは？

モル は 物質 の 量 を 表す 国際 単位 です. たとえば、窒素が 1 モルあるということは、この元素の原子数を暗黙のうちに表していることになります。これは、ほくろについて話すとき、何かのアボガドロ数を意味するためです。つまり、モルは、何かの6.022 x 10 ²³単位の存在または存在を示す倍数です。これは何でもかまいませんが、科学の文脈では、通常、原子、分子、イオン、電子、または粒子全般を指します。

言い換えれば、ほくろは数字にすぎません。非常に大きなものですが、それは事実ですが、結局は数です。実際、モルの概念はダースの概念に相当し、12 を意味する用語です。モルがアボガドロ数に相当するように、ダースは 12 に相当すると言えます。

モルの概念は、元素炭素の 12 同位体の原子の重量に対する原子量のスケールを確立するためにアボガドロによって発明されました。もともとは、完全に純粋な炭素 12 のサンプル 12 グラムに存在する炭素原子の数として定義されていました。^{数年後、この数は 6,022 x 10 23}に等しいと判断され、その後の実験的測定により、この数は徐々に洗練されました。しかし、国際単位系の基本単位の 1 つが実験測定の精度に依存し、より良い測定値が得られるたびに修正されることを避けるために、正確に6.02214076 x 10 ²³として再定義されました。

モグラの重要性

モルは物質の量の非常に便利な単位です。これにより、物質の巨視的なサンプル (常に非常に大きな数) 内の原子の数を、より小さく、扱いやすい数で表すことができるからです。

一方、化学化合物を構成するさまざまな化学元素間の比率が固定されているという事実のおかげで、原子、分子、またはイオンに関して確立できるすべての化学量論的比率は、同じ数を使用して確立できます。原子のモル数、分子のモル数、またはイオンのモル数。

ほくろの正しい使い方と間違った使い方

化学の学生が最初にほくろに出くわしたとき、少し戸惑うのはよくあることです。この混乱は、ほとんどの場合、化学量論的関係を表現する際の用語の誤った使用によるものです。モルは、あるものの単位数を数える数にすぎないことを思い出してください。したがって、ほくろについて話すときはいつでも、何を数えるかを指定する必要があります。

ある人が別の人に「私はダースを持っています」と言うと想像してみましょう。2 番目の人はすぐに疑いを持ち、質問します。

モグラも同様です。化学者に「溶液 1 リットルには 3 モルが含まれる」と言ったら、化学者はすぐに何の 3 モルを知りたがるでしょうか? 絶対に？溶剤の？解散の？

ショ糖は何モルですか？

上記を明確にしたので、以前に原子と分子に関して書いたのと同じ化学量論的関係のセットを確立できるようになりましたが、今はモルに関してです。これらの関係は次のとおりです。

• 1 モルのスクロース分子には、正確に 12 モルの炭素原子が含まれています。
• 1 モルのスクロース分子には、正確に 22 モルの水素原子が含まれています。
• スクロース分子の各モルには、正確に 11 モルの酸素原子が含まれています。
• 合計すると、スクロースの各モルには 45 モルの原子が含まれます。
• スクロースのどのサンプルにも、12 モルの炭素原子ごとに 22 モルの水素原子があります。
• スクロースには、12 モルの炭素原子ごとに 11 モルの酸素原子が含まれています。
• スクロースに存在する 22 モルの水素ごとに、11 モルの酸素もあります。

これらの例では、そうすることは望ましいことですが、多くの場合、問題の粒子または単位のタイプを指定する必要はなく、それらの名前のみを指定する必要があることがわかります。このように、「スクロースの各モル」ということで、スクロースは分子なので、モルはスクロース分子を数えていることが分かります。

同様に、この文脈で「22モルの水素」と言う場合、水素は原子の名前であるため、モルは水素原子のモルを指すと理解されます。_{ただし、水素という言葉は、他の文脈では、化学式 H 2}の二原子気体である水素元素を指すこともあるため、注意が必要です。これらの場合、「水素テンプレート」について話すことは、水素分子のモルを指しているのか水素原子のモルを指しているのかが明確でないため、あいまいになる可能性があります。

スクロースの原子数とモル数

上記の化学量論的関係は、スクロースについて確立できる唯一のものではありません。原子、イオン、または分子の数と、原子、イオン、または分子のモル数を組み合わせた関係を記述することもできます。この場合、1 モルがアボガドロ数に等しいことを忘れないように注意する必要があります。

いくつかの可能な混合化学量論比は次のとおりです。

• ^{1 モルのスクロース分子には、1.32454 x 10 25 個}の水素原子があります(これは、22 モルにアボガドロ数を掛けた値に相当します)。
• スクロースのサンプル中の炭素原子 12 モルごとに、6.02214076 x 10 ^{23 の}スクロース分子が存在します。

他の化合物と同様に、スクロースの化学量論的関係を記述する際の最も一般的な間違いの 1 つは、原子と分子の数、および原子と分子のモル数を同じであるかのように扱うことです。このタイプのエラーの典型的な例を次に示します。

• 1モルのスクロース分子には22個の水素原子があります。
• スクロースのサンプル中の 12 個の炭素原子ごとに、1 モルのスクロース分子が存在します。

関係が正しいか間違っているかについて疑問が生じた場合はいつでも、非常に便利なトリックは、モルという単語をダースに置き換えることです. そうすることで関係が理にかなっていれば、おそらく大丈夫です。関係がうまく書けないときは、モルをダースに置き換えると、もっと変な響きになり、間違いがあることが分かりやすくなります。たとえば、2 つの誤った関係の最初の例で、12 個のスクロース分子に 22 個の水素原子があると言うのは明らかに間違っています。12 個の分子には 22 個の水素原子の 12 倍、つまり 22 個ではなく 264 個の水素原子があるからです。

参考文献

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チャン、R. (2021)。化学（第11版）。MCGRAW ヒル教育。

原子と分子のモル – 概念 – 化学量論 – 化学. （nd）。beUnicoos。https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

モグラの再定義。（nd）。ラトゥ。https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf