원자 수와 몰 수: 자당의 예

화학량론과 관련된 기본 기술 중 하나는 원자 수와 몰 수 개념을 구분하는 것입니다. 두 개념은 밀접하게 관련되어 있으며 계산을 올바르게 수행하고 많은 화학 및 생화학 텍스트의 정보를 올바르게 해석하려면 이를 이해하는 것이 필수적입니다.

원자란 무엇입니까?

우리가 원자에 대해 이야기할 때 , 우리는 주어진 화학 원소를 구성하고 여전히 동일한 물리적 및 화학적 특성을 갖는 가장 작은 단위를 말합니다 . 원자는 더 작은 핵에 의해 형성된 작은 입자로, 양전하를 띤 양성자와 중성자를 찾을 수 있습니다. 그들은 또한 음전하를 띤 전자 세트로 둘러싸여 있습니다.

이 원자들은 우리가 주기율표에서 발견하고 각각의 화학 기호로 종이에 나타내는 것과 동일한 화학 원자입니다. 예를 들어, 수소 원자 또는 탄소 원자에 대해 이야기할 수 있으며, 이 경우 수소 또는 탄소 원소를 구성하고 각각 기호 H 및 C로 표시되는 입자를 나타냅니다.

분자

두 개 이상의 원자가 공유 결합을 통해 함께 결합하면 분자라는 새로운 개별 단위가 형성됩니다. 원자가 화학 기호로 표시되는 것처럼 분자는 분자식으로 표시되며 분자식은 분자를 구성하는 모든 원자에 대한 기호 목록이며 아래 첨자는 분자를 구성하는 각 원소의 원자 수를 나타냅니다. 현재의.

분자의 예: 자당

분자의 예로 자당을 고려할 수 있습니다. 이 화합물은 포도당 분자와 과당 분자가 결합하여 형성된 이당류이며 분자식은 C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ 입니다 . 그 구조는 다음과 같습니다.

자당에는 몇 개의 원자가 있습니까?

이제 우리는 원자가 무엇인지, 자당이 무엇인지 이해하고 후자의 분자식도 알고 있으므로 자당과 여기에 포함된 원자 사이에 몇 가지 간단한 화학양론적 관계를 설정할 수 있습니다.

• 자당은 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O) 원자인 세 가지 다른 유형의 원자를 포함합니다.
• 각 자당 분자는 정확히 12개의 탄소 원자를 포함합니다.
• 자당 분자는 정확히 22개의 수소 원자를 포함합니다.
• 각 자당 분자는 정확히 11개의 산소 원자를 포함합니다.
• 전체적으로 각 자당 분자는 정확히 45개의 원자를 포함합니다.

자당 분자와 포함된 원자 사이의 이러한 관계 외에도 추가적인 화학양론적 관계를 설정할 수 있습니다.

• 자당 시료에는 12개의 탄소 원자마다 22개의 수소 원자가 있습니다.
• 자당은 12개의 탄소 원자마다 11개의 산소 원자를 포함합니다.
• 자당에 존재하는 22개의 수소 원자마다 11개의 산소 원자도 있습니다.

이러한 각 비율은 자당과 관련된 화학양론적 계산을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, 이와 동일한 분석은 우리가 알고 있는 분자식을 가진 모든 물질에 대해 수행할 수 있습니다.

두더지가 무엇입니까?

몰은 물질의 양을 나타내는 국제 체계의 단위입니다 . 예를 들어, 우리가 1몰의 질소를 가지고 있다고 말함으로써 우리는 이 원소의 원자가 몇 개인지 암묵적으로 표현하고 있습니다. 이것은 우리가 두더지를 말할 때 아보가드로 수를 의미하기 때문입니다. 즉, 몰은 어떤 것의 6.022 x 10 ²³ 단위 의 존재 또는 존재를 나타내는 배수입니다 . 이것은 과학의 맥락에서 일반적으로 원자, 분자, 이온, 전자 또는 일반적으로 입자를 의미하지만 모든 것에 관한 것일 수 있습니다.

즉, 두더지는 숫자에 지나지 않습니다. 매우 큰 것은 사실이지만 결국 숫자입니다. 사실, 몰의 개념은 12를 의미하는 용어인 다스의 개념과 동일합니다. 몰이 아보가드로의 수인 것처럼 다스는 12라고 말할 수 있습니다.

몰의 개념은 아보가드로가 탄소 원소의 12번째 동위원소의 원자 중량에 대한 원자량 척도를 확립하기 위해 발명했습니다. 이것은 원래 완전히 순수한 탄소-12 샘플의 정확히 12g에 존재하는 탄소 원자의 수로 정의되었습니다. ^{몇 년 후, 이 숫자는 6,022 x 10 23} 과 같다는 것이 확인되었고 이후의 실험 결정은 이 숫자를 점차적으로 다듬었습니다. 그러나 국제 단위계의 기본 단위 중 하나가 실험 측정의 정확도에 의존하여 더 나은 측정을 얻을 때마다 수정되는 것을 방지하기 위해 정확히 6.02214076 x 10 23 으로 재정의 ^했습니다 .

두더지의 중요성

몰은 물질의 거시적 샘플(항상 매우 큰 수임)의 원자 수를 더 작고 관리하기 쉬운 수로 표현할 수 있기 때문에 물질의 양을 나타내는 매우 편리한 단위입니다.

한편, 화합물을 구성하는 서로 다른 화학 원소 사이의 비율이 고정되어 있기 때문에 원자, 분자 또는 이온의 관점에서 설정할 수 있는 모든 화학양론적 비율은 동일한 숫자를 사용하여 설정할 수 있습니다. 원자의 몰, 분자의 몰 또는 이온의 몰.

두더지의 정확하고 잘못된 사용

화학과 학생들이 처음 두더지를 만났을 때 약간 혼란스러워하는 것은 흔한 일입니다. 대부분의 경우 이러한 혼란은 화학양론적 관계를 표현할 때 용어를 잘못 사용했기 때문입니다. 두더지는 어떤 것이 얼마나 많은 단위가 있는지 세는 숫자에 지나지 않는다는 것을 기억합시다. 그러므로 우리가 두더지에 대해 이야기할 때마다 우리는 무엇을 세고 있는지 명시해야 합니다.

한 사람이 다른 사람에게 “나는 12개가 있습니다”라고 말하는 것을 잠시 상상해 봅시다. 두 번째 사람은 즉시 의심을 품고 물을 것입니다.

두더지도 마찬가지입니다. 우리가 화학자에게 “용액 1리터에 3몰이 들어 있다”고 말하면 화학자는 즉시 3몰이 무엇인지 알고 싶어할 것입니다. 당연히? 솔벤트? 해산?

자당에는 몇 몰이 있습니까?

위의 내용을 명확히 했으므로 이제 이전에 원자와 분자 측면에서 작성한 동일한 화학양론적 관계를 설정할 수 있지만 이제는 몰 측면에서 설정할 수 있습니다. 이러한 관계는 다음과 같습니다.

• 자당 분자 1몰에는 정확히 12몰의 탄소 원자가 들어 있습니다.
• 자당 분자 1몰에는 정확히 22몰의 수소 원자가 들어 있습니다.
• 자당 분자 1몰에는 정확히 11몰의 산소 원자가 들어 있습니다.
• 총 1몰의 자당에는 45몰의 원자가 포함되어 있습니다.
• 자당의 모든 샘플에서 12몰의 탄소 원자마다 22몰의 수소 원자가 있습니다.
• 자당은 12몰의 탄소 원자마다 11몰의 산소 원자를 포함합니다.
• 자당에 존재하는 22몰의 수소마다 11몰의 산소도 있습니다.

이러한 예에서 우리는 그렇게 하는 것이 바람직하지만 많은 상황에서 문제의 입자나 단위의 유형을 지정할 필요가 없고 이름만 지정할 필요가 있음을 알 수 있습니다. 따라서 “자당의 각 몰”이라고 말하면 자당은 분자이기 때문에 그 몰은 자당 분자를 세는 것으로 이해됩니다.

마찬가지로, 이 문맥에서 “22몰의 수소”라고 말함으로써 수소는 원자의 이름이기 때문에 몰은 수소 원자의 몰을 나타내는 것으로 이해됩니다. _{그러나 수소라는 단어는 다른 문맥에서 화학식 H 2} 의 이원자 기체인 원소 수소를 지칭할 수도 있으므로 주의해야 합니다 . 이 경우 “수소 템플릿”에 대해 말하는 것은 우리가 수소 분자의 몰 또는 수소 원자의 몰을 말하는지 명확하지 않기 때문에 모호할 수 있습니다. 이는 그가 계산하는 것을 항상 지정해야 할 필요성을 강조합니다.

자당의 원자 수 대 몰 수

위에서 언급한 화학양론적 관계는 자당에 대해 설정할 수 있는 유일한 관계가 아닙니다. 원자, 이온 또는 분자의 수와 원자, 이온 또는 분자의 몰 수를 결합하는 관계를 작성할 수도 있습니다. 이 경우 1몰이 아보가드로 수와 같다는 사실을 잊지 않도록 주의해야 합니다.

몇 가지 가능한 혼합 화학량론 비율은 다음과 같습니다.

• ^{자당 분자 1몰에는 1.32454 x 10 25개의} 수소 원자가 있습니다 (22몰에 아보가드로 수를 곱한 값에 해당).
• 자당 시료의 탄소 원자 12몰마다 6.02214076 x 10 ^23개의 자당 분자가 존재합니다.

자당에 대한 화학양론적 관계를 작성할 때 가장 흔한 실수 중 하나는 다른 화합물과 마찬가지로 원자 및 분자의 수와 원자 및 분자의 몰수를 동일한 것처럼 취급하는 것입니다. 다음은 이러한 유형의 오류에 대한 몇 가지 일반적인 예입니다.

• 자당 분자 1몰에는 22개의 수소 원자가 있습니다.
• 자당 시료의 12개 탄소 원자마다 1몰의 자당 분자가 존재합니다.

관계가 옳은지 그른지에 대해 의문이 생길 때마다 두더지라는 단어를 다스로 바꾸는 것이 매우 유용한 트릭입니다. 그렇게 함으로써 관계가 이해가 된다면 아마도 괜찮을 것입니다. 관계가 잘 작성되지 않은 경우 mol을 다스로 바꾸면 훨씬 더 이상하게 들리고 실수가 있음을 쉽게 알 수 있습니다. 예를 들어, 두 개의 잘못된 관계 중 첫 번째에서 12개의 자당 분자에 22개의 수소 원자가 있다고 말하는 것은 명백히 잘못된 것입니다.

참조

분자 및 이온 화합물. (2020년 10월 30일). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

장로(2021). 화학 (11판). MCGRAW 힐 교육.

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두더지의 재정의 . (일차). 라투. https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf