Wykorzystanie liczby Avogadro do obliczenia liczby atomów i cząsteczek

Liczba Avogadra lub stała Avogadra (NA ₎ reprezentuje liczbę atomów węgla w dokładnie 12 gramach całkowicie czystej próbki izotopu węgla-12 . Jednocześnie reprezentuje liczbę jednostek zawartych w 1 molu dowolnej substancji i ma wartość 6022 ,10 ²³ mol ^-1 .

Krótko mówiąc, zrozumienie liczby Avogadro i wiedza, jak używać jej do wykonywania obliczeń w chemii, jest najbardziej bezpośrednim sposobem zrozumienia koncepcji mola, która jest kluczowa dla tej gałęzi nauki. Dlatego w tym artykule pokażemy krok po kroku, jak rozwiązać dwa typowe problemy chemiczne, które wymagają użycia liczby Avogadra.

Zaczniemy od prostego problemu, aby wyjaśnić niezbędne podstawy, a następnie przejdziemy do bardziej złożonego problemu, który obejmuje kilka oddzielnych obliczeń.

problem 1

oświadczenie

Określ liczbę cząsteczek wody w kropli tej cieczy, wiedząc, że waży ona 0,500 g. Dane: PA _H = 1 amu, PA _O = 16 amu.

Rozwiązanie

Jak zawsze, gdy mamy zamiar rozwiązać jakikolwiek problem, musimy zacząć od analizy oświadczenia i wyodrębnienia odpowiednich danych. W tym przypadku jako informację mamy jedynie fakt, że jest to woda, masę kropli oraz masy atomowe wodoru i tlenu.

m _wody = 0,500 g

Wzór cząsteczkowy wody to H ₂ O, więc jej masa cząsteczkowa wynosi:

Niewiadomą jest liczba cząsteczek wody, którą reprezentuje duża litera N. W ten sposób różni się ona od liczby moli reprezentowanej przez małą literę n . To jest do powiedzenia:

N _woda = ?

Aby rozwiązać ten problem, jak również większość problemów związanych ze stałą Avogadro, stosuje się zależność między liczbą cząstek a liczbą moli, która jest następująca:

W tym konkretnym przypadku jesteśmy zainteresowani znalezieniem N, więc musimy zmienić to równanie. Ponadto zawsze zaleca się identyfikowanie zarówno liczby moli, którą obliczamy, jak i liczby cząstek z daną substancją, atomem lub jonem, aby uniknąć nieporozumień podczas obliczania liczby moli lub cząstek kilku substancji w tej samej problem (który zrobimy w następnym problemie).

Tak więc wzór, którego użyjemy do znalezienia liczby cząstek wody, będzie następujący:

Jak widać, aby obliczyć niewiadomą, której potrzebujemy, potrzebujemy liczby moli wody. Na szczęście można je obliczyć na podstawie masy wody za pomocą następującego równania:

Ponieważ mamy masę cząsteczkową wody (PM), która jest liczbowo równa jej masie molowej (ale z różnymi jednostkami), to mamy już wszystko, czego potrzebujemy, aby rozwiązać problem. Możemy najpierw obliczyć liczbę moli, a następnie podstawić ją do wzoru na liczbę cząstek, lub możemy podstawić wyrażenie na liczbę moli do powyższego równania i przeprowadzić pojedyncze obliczenie.

W takim przypadku zrobimy drugie:

Tak więc w 0,500 g kropli wody znajduje się 1673,10 ²² cząsteczek wody. Zauważ, że liczba cząsteczek, N, jest liczbą czystą. Oznacza to, że nie ma jednostek. Musimy umieścić jednostki na końcu odpowiednio do tego, co obliczamy, w tym przypadku cząsteczek wody.

problem 2

oświadczenie

Określ liczbę jonów siarczanowych i całkowitą liczbę atomów tlenu obecnych w 10 mg próbce uwodnionego _siarczanu glinu o wzorze Al 2 (SO 4 ) 3 · 18H 2 O. Masa molowa _{soli wynosi} 666,42 g _· mol ^-1 .

Rozwiązanie

Ponownie chcemy określić liczbę cząstek, ale w tym przypadku nie jest to cały związek (jak w przypadku wody), ale niektóre części substancji. Musimy zacząć od przekształcenia masy na gramy, ponieważ mamy masę molową w gramach na mol :

Mając te dane, możemy obliczyć liczbę cząsteczek lub jednostek formuły soli obecnych w próbce w taki sam sposób, jak w poprzednim zadaniu. Ale nie to chcemy ustalić.

Jednak ze wzoru cząsteczkowego możemy ustalić proste zależności stechiometryczne, które pozwolą nam obliczyć, czego potrzebujemy:

Teraz możemy zobaczyć ze wzoru, że na każdą jednostkę formuły soli przypadają 3 jony siarczanowe. Możemy więc zamienić jednostki soli na jony siarczanowe po prostu mnożąc przez ten stosunek stechiometryczny:

Aby uzyskać liczbę atomów tlenu, musimy dodać wszystkie atomy tlenu obecne w jonach siarczanowych i te obecne w cząsteczkach wody:

Mając tę ​​zależność, obliczamy liczbę atomów tlenu w próbce na podstawie liczby jednostek wzoru, tak jak zrobiliśmy to z jonami siarczanowymi:

Bibliografia

Liczba Avogadra. (2021, 25 czerwca). Pobrane z https://chem.libretexts.org/@go/page/53765

Liczba Avogadro i kret. (2021, 3 stycznia). Pobrane z https://bio.libretexts.org/@go/page/8788

Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.

Stała Kreta i Avogadra. (2020, 15 sierpnia). Pobrane z https://chem.libretexts.org/@go/page/1338