Liczba atomów i liczba moli: przykład sacharozy

Jedna z podstawowych umiejętności związanych ze stechiometrią polega na rozróżnianiu pojęć liczby atomów i liczby moli. Oba pojęcia są ze sobą ściśle powiązane i ich zrozumienie jest niezbędne zarówno do prawidłowego wykonywania obliczeń, jak i poprawnej interpretacji informacji zawartych w wielu tekstach z chemii i biochemii.

Co to jest atom?

Kiedy mówimy o atomach, mamy na myśli najmniejsze jednostki, z których składa się dany pierwiastek chemiczny i które nadal mają takie same właściwości fizyczne i chemiczne . Atomy to małe cząstki utworzone przez jeszcze mniejsze jądro, w którym możemy znaleźć dodatnio naładowane protony i neutrony; są one również otoczone zestawem ujemnie naładowanych elektronów.

Atomy te są tymi samymi atomami chemicznymi, które znajdujemy w układzie okresowym pierwiastków i które przedstawiamy na papierze za pomocą odpowiednich symboli chemicznych. Na przykład możemy mówić o atomach wodoru lub atomach węgla, w którym to przypadku odnosimy się do cząstek tworzących pierwiastek wodoru lub węgla i które są reprezentowane odpowiednio przez symbole H i C.

cząsteczki

Kiedy dwa lub więcej atomów łączy się ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, powstają nowe oddzielne jednostki zwane cząsteczkami. Tak jak atomy są reprezentowane przez ich symbol chemiczny, cząsteczki są reprezentowane przez wzór cząsteczkowy, który jest listą symboli dla wszystkich atomów, które go tworzą, z indeksami dolnymi wskazującymi liczbę atomów każdego pierwiastka, z których składa się cząsteczka. obecny.

Przykład cząsteczki: sacharoza

Jako przykład cząsteczki możemy rozważyć sacharozę. Ten związek jest disacharydem utworzonym przez połączenie cząsteczki glukozy i cząsteczki fruktozy i ma wzór cząsteczkowy C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Jego strukturę przedstawiono poniżej:

Ile atomów ma sacharoza?

Teraz, gdy rozumiemy, czym są atomy i czym jest sacharoza, a także znamy wzór cząsteczkowy tej ostatniej, możemy ustalić kilka prostych zależności stechiometrycznych między sacharozą a zawartymi w niej atomami:

• Sacharoza zawiera trzy różne rodzaje atomów, którymi są atomy węgla (C), wodoru (H) i tlenu (O).
• Każda cząsteczka sacharozy zawiera dokładnie 12 atomów węgla.
• Cząsteczka sacharozy zawiera dokładnie 22 atomy wodoru.
• Każda cząsteczka sacharozy zawiera dokładnie 11 atomów tlenu.
• W sumie każda cząsteczka sacharozy zawiera dokładnie 45 atomów.

Oprócz tych zależności między cząsteczką sacharozy a zawartymi w niej atomami, możemy również ustalić dodatkowe zależności stechiometryczne:

• W próbce sacharozy na każde 12 atomów węgla przypada 22 atomy wodoru.
• Sacharoza zawiera 11 atomów tlenu na każde 12 atomów węgla.
• Na każde 22 atomy wodoru obecne w sacharozie przypada również 11 atomów tlenu.

Każdy z tych stosunków można wykorzystać do przeprowadzenia obliczeń stechiometrycznych związanych z sacharozą. Ponadto tę samą analizę można przeprowadzić z dowolną substancją, której wzór cząsteczkowy znamy.

Co to jest kret?

Kret jest jednostką międzynarodowego systemu wyrażania ilości materii . Na przykład mówiąc, że mamy jeden mol azotu, pośrednio wyrażamy, ile mamy atomów tego pierwiastka. Dzieje się tak dlatego, że kiedy mówimy o pieprzykach, mamy na myśli liczbę czegoś Avogadra. Oznacza to, że kret jest wielokrotnością, która wskazuje na obecność lub istnienie 6,022 x 10 ²³ jednostek czegoś . Ta rzecz może dotyczyć wszystkiego, chociaż w kontekście naukowym zwykle odnosi się do atomów, cząsteczek, jonów, elektronów lub ogólnie po prostu cząstek.

Innymi słowy, kret to nic więcej niż liczba; bardzo duży, to prawda, ale w końcu liczba. W rzeczywistości pojęcie mola jest równoważne z pojęciem tuzina, co oznacza 12. Możemy powiedzieć, że tuzin ma się do 12, tak jak kret ma się do liczby Avogadra.

Pojęcie mola zostało wymyślone przez Avogadro w celu ustalenia skali mas atomowych w stosunku do masy atomu 12 izotopu pierwiastka węgla. Pierwotnie zdefiniowano go jako liczbę atomów węgla obecnych w dokładnie 12 gramach całkowicie czystej próbki węgla-12. Po latach ustalono, że liczba ta wynosiła 6022 x 10 ²³ , a kolejne eksperymentalne oznaczenia stopniowo udoskonalały tę liczbę. Jednakże, aby uniknąć sytuacji, w której jedna z podstawowych jednostek międzynarodowego układu miar zależała od dokładności pomiarów eksperymentalnych i w związku z tym podlegała modyfikacji za każdym razem, gdy uzyskano lepszy pomiar, została ponownie zdefiniowana jako dokładnie 6,02214076 x 10 ²³ .

Znaczenie mola

Mol jest bardzo przydatną jednostką ilości materii, ponieważ pozwala nam wyrazić liczbę atomów w makroskopowych próbkach materii (które zawsze są bardzo dużymi liczbami) w mniejszych, łatwiejszych do opanowania liczbach.

Z drugiej strony, dzięki temu, że proporcje między różnymi pierwiastkami chemicznymi tworzącymi związek chemiczny są stałe, wszystkie proporcje stechiometryczne, które możemy ustalić w odniesieniu do atomów, cząsteczek lub jonów, można ustalić za pomocą tych samych liczb w terminy moli atomów, moli cząsteczek lub moli jonów.

Prawidłowe i nieprawidłowe użycie kreta

Studenci chemii często czują się trochę zdezorientowani, gdy po raz pierwszy spotykają pieprzyki. To zamieszanie w większości przypadków wynika z nieprawidłowego użycia tego terminu przy wyrażaniu relacji stechiometrycznych. Pamiętajmy, że kret to nic innego jak liczba określająca, ile jest jednostek czegoś; dlatego też, ilekroć mówimy o kretach, musimy określić, co liczymy.

Wyobraźmy sobie przez chwilę, że jedna osoba mówi do drugiej: „Mam tuzin”. Druga osoba od razu będzie miała wątpliwości i zapyta: kilkanaście czego?

To samo dotyczy moli. Jeśli powiemy chemikowi „każdy litr roztworu zawiera 3 mole”, chemik od razu będzie chciał wiedzieć, jakie są 3 mole? solutnie? Rozpuszczalnika? Rozwiązania?

Ile moli jest w sacharozie?

Po wyjaśnieniu powyższego możemy teraz ustalić ten sam zestaw relacji stechiometrycznych, który pisaliśmy wcześniej w odniesieniu do atomów i cząsteczek, ale teraz w kategoriach moli. Te relacje to:

• 1 mol cząsteczek sacharozy zawiera dokładnie 12 moli atomów węgla.
• 1 mol cząsteczek sacharozy zawiera dokładnie 22 mole atomów wodoru.
• Każdy mol cząsteczek sacharozy zawiera dokładnie 11 moli atomów tlenu.
• W sumie każdy mol sacharozy zawiera 45 moli atomów.
• W dowolnej próbce sacharozy na każde 12 moli atomów węgla przypada 22 mol atomów wodoru.
• Sacharoza zawiera 11 moli atomów tlenu na każde 12 moli atomów węgla.
• Na każde 22 mole wodoru obecnego w sacharozie przypada również 11 moli tlenu.

Na tych przykładach możemy zauważyć, że chociaż jest to preferowane, w wielu sytuacjach nie jest konieczne podawanie rodzaju rozważanych cząstek lub jednostek, a jedynie ich nazwa. Tak więc, mówiąc „każdy mol sacharozy”, ponieważ sacharoza jest cząsteczką, należy rozumieć, że mol liczy cząsteczki sacharozy.

Podobnie, mówiąc w tym kontekście „22 mole wodoru”, należy rozumieć, że mol odnosi się do moli atomów wodoru, ponieważ wodór to nazwa atomu. Należy jednak zachować ostrożność, ponieważ słowo wodór może również odnosić się w innych kontekstach do wodoru pierwiastkowego, który jest gazem dwuatomowym o wzorze H ₂ . W takich przypadkach mówienie o „szablonach wodoru” może być niejednoznaczne, ponieważ nie jest jasne, czy odnosimy się do moli cząsteczek wodoru, czy moli atomów wodoru, co podkreśla potrzebę ciągłego określania, co się liczy.

Liczba atomów a liczba moli w sacharozie

Podane powyżej zależności stechiometryczne nie są jedynymi, które można ustalić dla sacharozy. Możesz także pisać zależności łączące liczbę atomów, jonów lub cząsteczek z liczbą moli atomów, jonów lub cząsteczek. W takich przypadkach należy uważać, aby nie zapomnieć, że jeden mol jest równy liczbie Avogadra.

Niektóre możliwe mieszane stosunki stechiometryczne to:

• W molu cząsteczek sacharozy jest 1,32454 x 10 ²⁵ atomów wodoru (co odpowiada 22 molom pomnożonym przez liczbę Avogadra).
• Na każde 12 moli atomów węgla w próbce sacharozy przypada 6,02214076 x 10 ^{23 cząsteczek sacharozy.}

Jednym z najczęstszych błędów popełnianych podczas zapisywania zależności stechiometrycznych dla sacharozy, podobnie jak dla każdego innego związku, jest traktowanie liczby atomów i cząsteczek oraz liczby moli atomów i cząsteczek tak, jakby były takie same. Oto kilka typowych przykładów tego typu błędów:

• W molu cząsteczek sacharozy znajdują się 22 atomy wodoru.
• Na każde 12 atomów węgla w próbce sacharozy przypada 1 mol cząsteczek sacharozy.

Jeśli w dowolnym momencie pojawi się pytanie, czy związek jest dobry, czy nie, bardzo przydatną sztuczką jest zastąpienie słowa kret słowem tuzin. Jeśli związek ma sens, to prawdopodobnie jest w porządku. Gdy relacja nie jest dobrze napisana, zastąpienie mol przez tuzin sprawi, że zabrzmi to znacznie dziwniej i łatwo będzie zauważyć, że jest błąd. Na przykład w pierwszym z dwóch błędnych zależności stwierdzenie, że w tuzinie cząsteczek sacharozy są 22 atomy wodoru, jest oczywiście błędne, ponieważ tuzin cząsteczek ma 12 razy 22 atomy wodoru, czyli 264 atomy wodoru, a nie 22.

Bibliografia

Związki molekularne i jonowe. (2020, 30 października). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Chemia (wyd. 11). EDUKACJA MCGRAW HILL.

Mole atomów i cząsteczek – Pojęcia – Stechiometria – Chemia . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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