Numărul de atomi și numărul de moli: exemplul zaharozei

Una dintre abilitățile de bază legate de stoichiometrie constă în distincția dintre conceptele de număr de atomi și număr de moli. Ambele concepte sunt strâns legate și înțelegerea lor este esențială atât pentru a putea efectua corect calculele, cât și pentru a interpreta corect informațiile din multe texte de chimie și biochimie.

Ce este un atom?

Când vorbim despre atomi, ne referim la cele mai mici unități care alcătuiesc un anumit element chimic și care au încă aceleași proprietăți fizice și chimice . Atomii sunt particule mici care sunt formate dintr-un nucleu și mai mic, unde putem găsi protoni și neutroni încărcați pozitiv; sunt de asemenea inconjurati de un set de electroni incarcati negativ.

Acești atomi sunt aceiași atomi chimici pe care îi găsim în tabelul periodic și pe care îi reprezentăm pe hârtie prin simbolurile lor chimice respective. De exemplu, putem vorbi despre atomi de hidrogen sau atomi de carbon, caz în care ne referim la particulele care alcătuiesc elementul hidrogen sau carbon și care sunt reprezentate prin simbolurile H, respectiv C.

moleculele

Când doi sau mai mulți atomi se unesc prin legături covalente, se formează noi unități discrete numite molecule. Așa cum atomii sunt reprezentați prin simbolul lor chimic, moleculele sunt reprezentate de formula moleculară, care este o listă de simboluri pentru toți atomii care îi alcătuiesc, cu indicele indicând numărul de atomi ai fiecărui element care alcătuiește molecula. prezent.

Exemplu de moleculă: zaharoză

Ca exemplu de moleculă putem considera zaharoza. Acest compus este o dizaharidă formată prin unirea unei molecule de glucoză și a unei molecule de fructoză și are formula moleculară C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Structura sa este prezentată mai jos:

Câți atomi sunt în zaharoză?

Acum că înțelegem ce sunt atomii și ce este zaharoza și cunoaștem și formula moleculară a acesteia din urmă, putem stabili câteva relații stoechiometrice simple între zaharoză și atomii pe care îi conține:

• Zaharoza conține trei tipuri diferite de atomi, care sunt atomi de carbon (C), hidrogen (H) și oxigen (O).
• Fiecare moleculă de zaharoză conține exact 12 atomi de carbon.
• O moleculă de zaharoză conține exact 22 de atomi de hidrogen.
• Fiecare moleculă de zaharoză conține exact 11 atomi de oxigen.
• În total, fiecare moleculă de zaharoză conține exact 45 de atomi.

Pe lângă aceste relații dintre o moleculă de zaharoză și atomii pe care îi conține, putem stabili și relații stoichiometrice suplimentare:

• Într-o probă de zaharoză, pentru fiecare 12 atomi de carbon există 22 de atomi de hidrogen.
• Zaharoza conține 11 atomi de oxigen pentru fiecare 12 atomi de carbon.
• Pentru fiecare 22 de atomi de hidrogen prezenți în zaharoză, există și 11 atomi de oxigen.

Fiecare dintre aceste rapoarte poate fi utilizat pentru a efectua calcule stoichiometrice legate de zaharoză. În plus, această analiză poate fi făcută cu orice substanță a cărei formulă moleculară o cunoaștem.

Ce este o aluniță?

Alunița este unitatea sistemului internațional pentru a exprima cantitatea de materie . De exemplu, spunând că avem un mol de azot, exprimăm implicit câți atomi din acest element avem. Asta pentru că atunci când vorbim despre alunițe, ne referim la numărul de ceva al lui Avogadro. Adică, alunița este un multiplu care indică prezența sau existența a 6,022 x 10 ²³ de unități a ceva . Acest lucru poate fi despre orice, deși în contextul științei, de obicei se referă la atomi, molecule, ioni, electroni sau doar particule în general.

Cu alte cuvinte, alunița nu este altceva decât un număr; una foarte mare, este adevărat, dar un număr, până la urmă. De fapt, conceptul de aluniță este echivalent cu cel de duzină, termen care înseamnă 12. Putem spune că duzina este la 12, așa cum alunița este la numărul lui Avogadro.

Conceptul de mol a fost inventat de Avogadro pentru a stabili o scară a greutăților atomice în raport cu greutatea unui atom din izotopul 12 al elementului carbon. Inițial, a fost definit ca numărul de atomi de carbon prezenți în exact 12 grame dintr-o probă complet pură de carbon-12. Ani mai târziu, s-a stabilit că acest număr era egal cu 6.022 x 10 ²³ și determinările experimentale ulterioare au rafinat treptat acest număr. Totuși, pentru a evita ca una dintre unitățile de bază ale sistemului internațional de unități să depindă de acuratețea măsurătorilor experimentale și, prin urmare, să sufere o modificare de fiecare dată când s-a obținut o măsurătoare mai bună, a fost redefinită ca exact 6,02214076 x 10 ²³ .

Importanța aluniței

Alunița este o unitate foarte utilă de cantitate de materie, deoarece ne permite să exprimăm numărul de atomi din eșantioanele macroscopice de materie (care sunt întotdeauna numere extrem de mari) în numere mai mici, mai ușor de gestionat.

Pe de altă parte, datorită faptului că proporțiile dintre diferitele elemente chimice care alcătuiesc un compus chimic sunt fixe, toate proporțiile stoichiometrice pe care le putem stabili în termeni de atomi, molecule sau ioni pot fi stabilite folosind aceleași numere în termeni de moli, de atomi, moli de molecule sau moli de ioni.

Utilizarea corectă și incorectă a aluniței

Este obișnuit ca studenții la chimie să se simtă puțin confuzi atunci când întâlnesc alunițe. Această confuzie, în cele mai multe cazuri, se datorează unei utilizări incorecte a termenului atunci când se exprimă relații stoichiometrice. Să ne amintim că alunița nu este altceva decât un număr care numără câte unități din ceva există; prin urmare, ori de câte ori vorbim despre alunițe trebuie să precizăm ce numărăm.

Să ne imaginăm pentru o clipă că o persoană îi spune altuia „Am o duzină”. A doua persoană va avea imediat o îndoială și va întreba: o duzină de ce?

Același lucru este valabil și pentru alunițe. Dacă îi spunem unui chimist „fiecare litru de soluție conține 3 moli”, chimistul va dori imediat să știe 3 moli din ce? Soluționat? De solvent? De dizolvare?

Câte alunițe sunt în zaharoză?

După ce am clarificat cele de mai sus, putem stabili acum același set de relații stoichiometrice pe care l-am scris înainte în ceea ce privește atomi și molecule, dar acum în termeni de alunițe. Aceste relații sunt:

• 1 mol de molecule de zaharoză conține exact 12 moli de atomi de carbon.
• 1 mol de molecule de zaharoză conține exact 22 de moli de atomi de hidrogen.
• Fiecare mol de molecule de zaharoză conține exact 11 moli de atomi de oxigen.
• În total, fiecare mol de zaharoză conține 45 de moli de atomi.
• În orice probă de zaharoză, pentru fiecare 12 moli de atomi de carbon există 22 de moli de atomi de hidrogen.
• Zaharoza conține 11 moli de atomi de oxigen pentru fiecare 12 moli de atomi de carbon.
• Pentru fiecare 22 de moli de hidrogen prezenți în zaharoză, există și 11 moli de oxigen.

În aceste exemple putem observa că, deși este de preferat să se facă acest lucru, în multe situații nu este necesar să se precizeze tipul de particule sau unități în cauză, ci doar denumirea acestora. Astfel, spunând „fiecare mol de zaharoză”, deoarece zaharoza este o moleculă, se înțelege că molul numără moleculele de zaharoză.

De asemenea, spunând „22 de moli de hidrogen” în acest context, se înțelege că mol se referă la moli de atomi de hidrogen, deoarece hidrogenul este numele unui atom. Cu toate acestea, trebuie avut grijă, deoarece cuvântul hidrogen se poate referi și în alte contexte la hidrogenul elementar, care este un gaz biatomic cu formula H ₂ . În aceste cazuri, a vorbi despre „șabloane de hidrogen” poate fi ambiguu, deoarece nu este clar dacă ne referim la moli de molecule de hidrogen sau moli de atomi de hidrogen, ceea ce evidențiază necesitatea de a specifica în orice moment ce anume numără.

Numărul de atomi față de numărul de moli din zaharoză

Relațiile stoichiometrice menționate mai sus nu sunt singurele care pot fi stabilite pentru zaharoză. De asemenea, puteți scrie relații care combină numărul de atomi, ioni sau molecule cu numărul de moli de atomi, ioni sau molecule. În aceste cazuri, trebuie avut grijă să nu uităm că o aluniță este egală cu numărul lui Avogadro.

Unele posibile rapoarte stoechiometrice mixte sunt:

• Într-un mol de molecule de zaharoză există 1,32454 x 10 ²⁵ atomi de hidrogen (care corespunde la 22 de moli înmulțiți cu numărul lui Avogadro).
• Pentru fiecare 12 moli de atomi de carbon dintr-o probă de zaharoză, sunt prezente 6,02214076 x ^{1023 de molecule de zaharoză.}

Una dintre cele mai frecvente greșeli atunci când scrieți relații stoichiometrice pentru zaharoză, ca și pentru orice alt compus, este de a trata numărul de atomi și molecule și numărul de moli de atomi și molecule ca și cum ar fi aceleași. Iată câteva exemple tipice de acest tip de eroare:

• Într-un mol de molecule de zaharoză există 22 de atomi de hidrogen.
• Pentru fiecare 12 atomi de carbon dintr-o probă de zaharoză, este prezent 1 mol de molecule de zaharoză.

Dacă în orice moment apare o întrebare dacă o relație este corectă sau greșită, un truc foarte util este înlocuirea cuvântului aluniță cu duzină. Dacă relația are sens în acest sens, probabil că este în regulă. Când relația nu este bine scrisă, înlocuirea mol cu ​​duzină o va face să sune mult mai ciudat și va fi ușor de observat că există o greșeală. De exemplu, în prima dintre cele două relații eronate, a spune că există 22 de atomi de hidrogen într-o duzină de molecule de zaharoză este în mod evident greșit, deoarece o duzină de molecule au de 12 ori 22 de atomi de hidrogen, adică 264 de atomi de hidrogen, nu 22.

Referințe

Compuși moleculari și ionici. (2020, 30 octombrie). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Chimie (ed. a 11-a). MCGRAW HILL EDUCAȚIE.

Moli de atomi și molecule – Concepte – Stoichiometrie – Chimie . (nd). fiUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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