Bruke Avogadros tall for å beregne antall atomer og molekyler

Avogadros tall, eller Avogadros konstant (NA ₎ , representerer antall karbonatomer i nøyaktig 12 gram av en helt ren prøve av karbon-12 isotopen . Samtidig representerer det antall enheter som finnes i 1 mol av ethvert stoff og har en verdi på 6.022 .10 ²³ mol ^-1 .

Kort sagt, å forstå Avogadros tall og vite hvordan man bruker det til å utføre beregninger i kjemi er den mest direkte måten å forstå begrepet føflekken på, som er sentralt i denne grenen av vitenskapen. Derfor vil vi i denne artikkelen, trinn for trinn, vise hvordan du løser to typiske kjemiproblemer som involverer bruk av Avogadros nummer.

Vi starter med en enkel oppgave for å forklare de nødvendige grunnlagene, og går deretter videre til en mer kompleks oppgave som involverer flere separate beregninger.

problem 1

uttalelse

Bestem antall vannmolekyler i en dråpe av denne væsken, vel vitende om at den veier 0,500 g. Data: PA _H = 1 amu, PA _O = 16 amu.

Løsning

Som alltid når vi skal løse ethvert problem, må vi begynne med å analysere utsagnet og trekke ut relevante data. I dette tilfellet har vi kun som informasjon det faktum at det er vann, dråpens masse og atomvektene til hydrogen og oksygen.

m _vann = 0,500g

Molekylformelen for vann er H ₂ O, så molekylvekten er :

Det ukjente er antall vannmolekyler, som er representert med stor bokstav N. På denne måten skiller det seg fra antall mol som er representert med små bokstaver n . Det er å si:

N _vann = ?

For å løse dette problemet, så vel som de fleste problemer som involverer Avogadros konstant, brukes forholdet mellom antall partikler og antall mol, som er følgende:

I dette spesielle tilfellet er vi interessert i å finne N, så vi må omorganisere denne ligningen. I tillegg er det alltid tilrådelig å identifisere både antall mol som vi beregner og antall partikler med det aktuelle stoffet, atomet eller ionet det gjelder, for å unngå forvirring ved beregning av mol eller antall partikler av flere stoffer i samme problem (som vi skal gjøre i neste oppgave).

Så formelen vi skal bruke for å finne antall vannpartikler vil være:

Som du kan se, trenger vi antall mol vann for å beregne det ukjente vi ønsker. Heldigvis kan disse beregnes fra massen av vann ved å bruke følgende ligning:

Siden vi har molekylvekten til vann (PM) som er numerisk lik dens molare masse (men med forskjellige enheter), så har vi allerede alt vi trenger for å løse problemet. Vi kan først beregne molene og deretter erstatte dem med formelen for antall partikler, eller vi kan erstatte uttrykket for mol i ligningen ovenfor og utføre en enkelt beregning.

I dette tilfellet vil vi gjøre det andre:

Så i en dråpe på 0,500 g vann er det 1 673,10 ²² vannmolekyler. Merk at antall molekyler, N, er et rent tall. Det vil si at den ikke har noen enheter. Vi må plassere enhetene på slutten som passer til det vi beregner, i dette tilfellet vannmolekyler.

problem 2

uttalelse

Bestem antall sulfationer og antall totale oksygenatomer tilstede i en 10 mg prøve av hydratisert aluminiumsulfat hvis formel er Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O. Den _molare massen _til saltet _{er 666,42} g.mol ^-1 .

Løsning

Igjen ønsker vi å bestemme et antall partikler, men i dette tilfellet er det ikke hele forbindelsen (som i tilfellet med vann), men noen deler av stoffet. Vi må begynne med å transformere massen til gram siden vi har den molare massen i gram per mol :

Med disse dataene kan vi beregne antall molekyler eller formelenheter av saltet som er tilstede i prøven på samme måte som vi gjorde i forrige oppgave. Men det er ikke dette vi ønsker å fastslå.

Fra den molekylære formelen kan vi imidlertid etablere de enkle støkiometriske forholdene som vil tillate oss å beregne hva vi trenger:

Nå kan vi se fra formelen at det er 3 sulfationer for hver formelenhet av salt. Så vi kan konvertere enheter av salt til sulfationer ganske enkelt ved å multiplisere med dette støkiometriske forholdet:

For antall oksygenatomer må vi legge til alle oksygenene som er tilstede i sulfationene og de som er tilstede i vannmolekylene:

Med dette forholdet beregner vi antall oksygener i prøven fra antall formelenheter som vi gjorde med sulfationer:

Referanser

Avogadros nummer. (2021, 25. juni). Hentet fra https://chem.libretexts.org/@go/page/53765

Avogadros nummer og føflekken. (2021, 3. januar). Hentet fra https://bio.libretexts.org/@go/page/8788

Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. utgave). London, England: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kjemi (10. utgave). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

Muldvarpen og Avogadros konstant. (2020, 15. august). Hentet fra https://chem.libretexts.org/@go/page/1338