Antall atomer og antall mol: eksemplet med sukrose

En av de grunnleggende ferdighetene knyttet til støkiometri består i skillet mellom begrepene antall atomer og antall mol. Begge begrepene er nært beslektet og å forstå dem er avgjørende både for å kunne utføre beregninger riktig og for å tolke informasjonen i mange kjemi- og biokjemitekster korrekt.

Hva er et atom?

Når vi snakker om atomer, refererer vi til de minste enhetene som utgjør et gitt kjemisk grunnstoff og som fortsatt har de samme fysiske og kjemiske egenskapene . Atomer er små partikler som dannes av en enda mindre kjerne, hvor vi kan finne positivt ladede protoner og nøytroner; de er også omgitt av et sett med negativt ladede elektroner.

Disse atomene er de samme kjemiske atomene som vi finner i det periodiske system og som vi representerer på papir ved hjelp av deres respektive kjemiske symboler. For eksempel kan vi snakke om hydrogenatomer eller karbonatomer, i så fall viser vi til partiklene som utgjør grunnstoffet hydrogen eller karbon og som er representert med henholdsvis symbolene H og C.

molekylene

Når to eller flere atomer går sammen gjennom kovalente bindinger, dannes nye diskrete enheter kalt molekyler. Akkurat som atomer er representert med deres kjemiske symbol, er molekyler representert av molekylformelen, som er en liste over symboler for alle atomene som utgjør den, med nedtegninger som indikerer antall atomer til hvert element som utgjør molekylet. er tilstede.

Eksempel på et molekyl: sukrose

Som et eksempel på et molekyl kan vi vurdere sukrose. Denne forbindelsen er et disakkarid dannet ved forening av et glukosemolekyl og et fruktosemolekyl og har molekylformelen C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Strukturen er presentert nedenfor:

Hvor mange atomer er det i sukrose?

Nå som vi forstår hva atomer er og hva sukrose er, og vi også kjenner molekylformelen til sistnevnte, kan vi etablere noen enkle støkiometriske forhold mellom sukrose og atomene den inneholder:

• Sukrose inneholder tre forskjellige typer atomer, som er karbon (C), hydrogen (H) og oksygen (O) atomer.
• Hvert sukrosemolekyl inneholder nøyaktig 12 karbonatomer.
• Et sukrosemolekyl inneholder nøyaktig 22 hydrogenatomer.
• Hvert sukrosemolekyl inneholder nøyaktig 11 oksygenatomer.
• Totalt inneholder hvert sukrosemolekyl nøyaktig 45 atomer.

I tillegg til disse forholdene mellom et sukrosemolekyl og atomene det inneholder, kan vi også etablere ytterligere støkiometriske relasjoner:

• I en prøve av sukrose, for hver 12 karbonatomer er det 22 hydrogenatomer.
• Sukrose inneholder 11 oksygenatomer for hver 12 karbonatomer.
• For hver 22 hydrogenatomer som er tilstede i sukrose, er det også 11 oksygenatomer.

Hvert av disse forholdene kan brukes til å utføre støkiometriske beregninger relatert til sukrose. I tillegg kan den samme analysen gjøres med ethvert stoff hvis molekylformel vi kjenner til.

Hva er en føflekk?

Føflekken er enheten i det internasjonale systemet for å uttrykke mengden materie . For eksempel, ved å si at vi har en mol nitrogen, uttrykker vi implisitt hvor mange atomer av dette grunnstoffet vi har. Dette er fordi når vi snakker om føflekker, mener vi Avogadros nummer av noe. Det vil si at føflekken er et multiplum som indikerer tilstedeværelsen eller eksistensen av 6.022 x 10 ²³ enheter av noe . Denne tingen kan handle om hva som helst, selv om den i vitenskapssammenheng vanligvis refererer til atomer, molekyler, ioner, elektroner eller bare partikler generelt.

Med andre ord er føflekken ikke mer enn et tall; en veldig stor en, det er sant, men et tall, tross alt. Faktisk er begrepet en føflekk ekvivalent med et dusin, et begrep som betyr 12. Vi kan si at dusinet er til 12, slik føflekken er til Avogadros tall.

Konseptet med føflekk ble oppfunnet av Avogadro for å etablere en skala av atomvekter i forhold til vekten av et atom av 12-isotopen til elementet karbon. Det ble opprinnelig definert som antall karbonatomer til stede i nøyaktig 12 gram av en helt ren prøve av karbon-12. År senere ble det bestemt at dette tallet var lik 6 022 x 10 ²³ og påfølgende eksperimentelle bestemmelser foredlet dette tallet gradvis. For å unngå at en av basisenhetene i det internasjonale enhetssystemet var avhengig av nøyaktigheten til de eksperimentelle målingene og derfor fikk en modifikasjon hver gang en bedre måling ble oppnådd, ble den omdefinert til nøyaktig 6,02214076 x 10 ²³ .

Viktigheten av føflekken

Føflekken er en veldig hendig enhet for mengde materie, siden den lar oss uttrykke antall atomer i makroskopiske prøver av materie (som alltid er ekstremt store tall) i mindre, mer håndterbare tall.

På den annen side, takket være det faktum at proporsjonene mellom de forskjellige kjemiske elementene som utgjør en kjemisk forbindelse er faste, kan alle de støkiometriske proporsjonene som vi kan etablere når det gjelder atomer, molekyler eller ioner, etableres ved å bruke de samme tallene i termer av mol atomer, mol molekyler eller mol ioner.

Riktig og feil bruk av føflekken

Det er vanlig at kjemistudenter føler seg litt forvirret når de først kommer over føflekker. Denne forvirringen skyldes i de fleste tilfeller feil bruk av begrepet når man uttrykker støkiometriske forhold. La oss huske at føflekken ikke er noe mer enn et tall som teller hvor mange enheter av noe det er; Derfor, når vi snakker om føflekker, må vi spesifisere hva vi teller.

La oss forestille oss et øyeblikk at en person sier til en annen «Jeg har et dusin». Den andre personen vil umiddelbart være i tvil og spørre: et dusin av hva?

Det samme gjelder føflekker. Hvis vi sier til en kjemiker «hver liter løsning inneholder 3 mol», vil kjemikeren umiddelbart vite 3 mol av hva? Solutt? Av løsemiddel? Av oppløsning?

Hvor mange føflekker er det i sukrose?

Etter å ha avklart ovenstående, kan vi nå etablere det samme settet med støkiometriske forhold som vi skrev før når det gjelder atomer og molekyler, men nå når det gjelder mol. Disse forholdene er:

• 1 mol sukrosemolekyler inneholder nøyaktig 12 mol karbonatomer.
• 1 mol sukrosemolekyler inneholder nøyaktig 22 mol hydrogenatomer.
• Hver mol sukrosemolekyler inneholder nøyaktig 11 mol oksygenatomer.
• Totalt inneholder hver mol sukrose 45 mol atomer.
• I enhver prøve av sukrose, for hver 12 mol karbonatomer er det 22 mol hydrogenatomer.
• Sukrose inneholder 11 mol oksygenatomer for hver 12 mol karbonatomer.
• For hver 22 mol hydrogen som er tilstede i sukrose, er det også 11 mol oksygen.

I disse eksemplene kan vi legge merke til at selv om det er å foretrekke å gjøre det, er det i mange situasjoner ikke nødvendig å spesifisere hvilken type partikler eller enheter det er snakk om, men bare navnet deres. Således, ved å si «hver mol sukrose», siden sukrose er et molekyl, forstås det at føflekken teller sukrosemolekyler.

På samme måte, ved å si «22 mol hydrogen» i denne sammenhengen, forstås føflekken å referere til mol hydrogenatomer, siden hydrogen er navnet på et atom. Imidlertid må man passe på, da ordet hydrogen også i andre sammenhenger kan referere til elementært hydrogen, som er en diatomisk gass med formelen H ₂ . I disse tilfellene kan det å snakke om «hydrogenmaler» være tvetydig siden det ikke er klart om vi refererer til mol hydrogenmolekyler eller mol hydrogenatomer, noe som understreker behovet for å spesifisere til enhver tid hva som blir han teller.

Antall atomer kontra antall mol i sukrose

De støkiometriske relasjonene nevnt ovenfor er ikke de eneste som kan etableres for sukrose. Du kan også skrive relasjoner som kombinerer antall atomer, ioner eller molekyler med antall mol atomer, ioner eller molekyler. I disse tilfellene må man passe på å ikke glemme at én føflekk er lik Avogadros tall.

Noen mulige blandede støkiometriske forhold er:

• I et mol sukrosemolekyler er det 1,32454 x 10 ²⁵ hydrogenatomer (som tilsvarer 22 mol multiplisert med Avogadros tall).
• For hver 12 mol karbonatomer i en prøve av sukrose, er 6,02214076 x 10 ²³ sukrosemolekyler til stede.

En av de vanligste feilene når man skriver støkiometriske forhold for sukrose, som for alle andre forbindelser, er å behandle antall atomer og molekyler og antall mol av atomer og molekyler som om de var de samme. Her er noen typiske eksempler på denne typen feil:

• I et mol sukrosemolekyler er det 22 hydrogenatomer.
• For hver 12 karbonatomer i en prøve av sukrose, er 1 mol sukrosemolekyler tilstede.

Hvis det på noe tidspunkt dukker opp et spørsmål om et forhold er rett eller galt, er et veldig nyttig triks å erstatte ordet føflekk med dusin. Hvis forholdet gir mening ved å gjøre det, er det sannsynligvis greit. Når relasjonen ikke er godt skrevet, vil erstatning av mol med dusin få det til å høres mye mer merkelig ut, og det vil være lett å se at det er en feil. For eksempel, i den første av de to feilaktige sammenhengene, er det åpenbart feil å si at det er 22 hydrogenatomer i et dusin sukrosemolekyler, siden et dusin molekyler har 12 ganger 22 hydrogenatomer, det vil si 264 hydrogenatomer, ikke 22.

Referanser

Molekylære og ioniske forbindelser. (2020, 30. oktober). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Kjemi (11. utgave). MCGRAW HILL UTDANNING.

Mol av atomer og molekyler – Begreper – Støkiometri – Kjemi . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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