Antal atomer och antal mol: exemplet med sackaros

En av de grundläggande färdigheterna relaterade till stökiometri består i distinktionen mellan begreppen antal atomer och antal mol. Båda begreppen är nära besläktade och att förstå dem är väsentligt både för att kunna utföra beräkningar korrekt och för att korrekt tolka informationen i många kemi- och biokemitexter.

Vad är en atom?

När vi talar om atomer hänvisar vi till de minsta enheterna som utgör ett givet kemiskt element och som fortfarande har samma fysikaliska och kemiska egenskaper . Atomer är små partiklar som bildas av en ännu mindre kärna, där vi kan hitta positivt laddade protoner och neutroner; de är också omgivna av en uppsättning negativt laddade elektroner.

Dessa atomer är samma kemiska atomer som vi hittar i det periodiska systemet och som vi representerar på papper med hjälp av sina respektive kemiska symboler. Vi kan till exempel tala om väteatomer eller kolatomer, då avser vi partiklarna som utgör grundämnet väte eller kol och som representeras av symbolerna H respektive C.

molekylerna

När två eller flera atomer går samman genom kovalenta bindningar bildas nya diskreta enheter som kallas molekyler. Precis som atomer representeras av sin kemiska symbol, representeras molekyler av molekylformeln, som är en lista med symboler för alla atomer som den utgörs av, med nedsänkta stycken som anger antalet atomer av varje element som utgör molekylen. är närvarande.

Exempel på en molekyl: sackaros

Som ett exempel på en molekyl kan vi betrakta sackaros. Denna förening är en disackarid som bildas genom föreningen av en glukosmolekyl och en fruktosmolekyl och har molekylformeln C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Dess struktur presenteras nedan:

Hur många atomer finns i sackaros?

Nu när vi förstår vad atomer är och vad sackaros är, och vi också känner till molekylformeln för den senare, kan vi fastställa några enkla stökiometriska relationer mellan sackaros och atomerna den innehåller:

• Sackaros innehåller tre olika typer av atomer, som är kol (C), väte (H) och syre (O) atomer.
• Varje sackarosmolekyl innehåller exakt 12 kolatomer.
• En sackarosmolekyl innehåller exakt 22 väteatomer.
• Varje sackarosmolekyl innehåller exakt 11 syreatomer.
• Totalt innehåller varje sackarosmolekyl exakt 45 atomer.

Utöver dessa relationer mellan en sackarosmolekyl och atomerna den innehåller, kan vi också fastställa ytterligare stökiometriska relationer:

• I ett sackarosprov finns det 22 väteatomer för varje 12 kolatomer.
• Sackaros innehåller 11 syreatomer för varje 12 kolatomer.
• För varje 22 väteatomer som finns i sackaros finns det också 11 syreatomer.

Var och en av dessa förhållanden kan användas för att utföra stökiometriska beräkningar relaterade till sackaros. Dessutom kan samma analys göras med vilket ämne som helst vars molekylformel vi känner till.

Vad är en mullvad?

Mullvaden är enheten i det internationella systemet för att uttrycka mängden materia . Till exempel, genom att säga att vi har en mol kväve, uttrycker vi implicit hur många atomer av detta grundämne vi har. Detta beror på att när vi pratar om mullvadar menar vi Avogadros nummer på något. Det vill säga mullvad är en multipel som indikerar närvaron eller existensen av 6.022 x 10 ²³ enheter av något . Det här kan handla om vad som helst, även om det i vetenskapssammanhang vanligtvis syftar på atomer, molekyler, joner, elektroner eller bara partiklar i allmänhet.

Mullvaden är med andra ord inget annat än ett tal; en mycket stor, det är sant, men ett antal trots allt. Faktum är att begreppet mullvad är ekvivalent med begreppet ett dussin, en term som betyder 12. Vi kan säga att dussinet är till 12, som mullvad är till Avogadros tal.

Begreppet mullvad uppfanns av Avogadro för att fastställa en skala av atomvikter i förhållande till vikten av en atom av 12-isotopen av elementet kol. Det definierades ursprungligen som antalet kolatomer närvarande i exakt 12 gram av ett helt rent prov av kol-12. År senare fastställdes det att detta antal var lika med 6 022 x 10 ²³ och efterföljande experimentella bestämningar förfinade gradvis detta nummer. Men för att undvika att en av basenheterna i det internationella enhetssystemet berodde på noggrannheten i de experimentella mätningarna och därför fick en modifiering varje gång en bättre mätning erhölls, omdefinierades den till exakt 6,02214076 x 10 ²³ .

Mullvadens betydelse

Mullvaden är en mycket praktisk enhet för mängd materia, eftersom den tillåter oss att uttrycka antalet atomer i makroskopiska prover av materia (som alltid är extremt stora antal) i mindre, mer hanterbara antal.

Å andra sidan, tack vare att proportionerna mellan de olika kemiska grundämnena som utgör en kemisk förening är fixerade, kan alla stökiometriska proportioner som vi kan fastställa i termer av atomer, molekyler eller joner fastställas med samma siffror i termer av mol av atomer, mol av molekyler eller mol av joner.

Korrekt och felaktig användning av mullvad

Det är vanligt att kemistudenter känner sig lite förvirrade när de först stöter på mullvadar. Denna förvirring beror i de flesta fall på en felaktig användning av termen när man uttrycker stökiometriska samband. Låt oss komma ihåg att mullvad inte är något annat än ett tal som räknar hur många enheter av något det finns; Därför måste vi när vi pratar om mullvadar specificera vad vi räknar.

Låt oss föreställa oss för ett ögonblick att en person säger till en annan ”Jag har ett dussin”. Den andra personen kommer omedelbart att tvivla och fråga: ett dussin av vad?

Detsamma gäller mullvadar. Om vi ​​säger till en kemist ”varje liter lösning innehåller 3 mol”, kommer kemisten omedelbart att vilja veta 3 mol av vad? Helt klart? Av lösningsmedel? Av upplösning?

Hur många mol är det i sackaros?

Efter att ha klargjort ovanstående kan vi nu fastställa samma uppsättning stökiometriska samband som vi skrev tidigare när det gäller atomer och molekyler, men nu i termer av mol. Dessa relationer är:

• 1 mol sackarosmolekyler innehåller exakt 12 mol kolatomer.
• 1 mol sackarosmolekyler innehåller exakt 22 mol väteatomer.
• Varje mol sackarosmolekyler innehåller exakt 11 mol syreatomer.
• Totalt innehåller varje mol sackaros 45 mol atomer.
• I varje prov av sackaros, för varje 12 mol kolatomer finns det 22 mol väteatomer.
• Sackaros innehåller 11 mol syreatomer för varje 12 mol kolatomer.
• För varje 22 mol väte som finns i sackaros finns det också 11 mol syre.

I dessa exempel kan vi märka att, även om det är att föredra att göra det, är det i många situationer inte nödvändigt att specificera typen av partiklar eller enheter i fråga, utan bara deras namn. Således, genom att säga ”varje mol sackaros”, eftersom sackaros är en molekyl, förstås det att molen räknar sackarosmolekyler.

På samma sätt, genom att säga ”22 mol väte” i detta sammanhang, förstås mullvad att hänvisa till mol väteatomer, eftersom väte är namnet på en atom. Man måste dock vara försiktig, eftersom ordet väte även i andra sammanhang kan syfta på elementärt väte, som är en diatomisk gas med formeln H ₂ . I dessa fall kan det vara tvetydigt att tala om ”vätemallar” eftersom det inte är klart om vi syftar på mol vätemolekyler eller mol väteatomer, vilket understryker behovet av att hela tiden specificera vad som är han räknar.

Antal atomer kontra antal mol i sackaros

De stökiometriska sambanden som anges ovan är inte de enda som kan fastställas för sackaros. Du kan också skriva samband som kombinerar antal atomer, joner eller molekyler med antal mol atomer, joner eller molekyler. I dessa fall måste man se till att inte glömma att en mullvad är lika med Avogadros antal.

Några möjliga blandade stökiometriska förhållanden är:

• I en mol sackarosmolekyler finns 1,32454 x 10 ²⁵ väteatomer (vilket motsvarar 22 mol multiplicerat med Avogadros tal).
• För varje 12 mol kolatomer i ett sackarosprov finns 6,02214076 x 10 ²³ sackarosmolekyler närvarande.

Ett av de vanligaste misstagen när man skriver stökiometriska samband för sackaros, som för alla andra föreningar, är att behandla antalet atomer och molekyler och antalet mol av atomer och molekyler som om de vore desamma. Här är några typiska exempel på den här typen av fel:

• I en mol sackarosmolekyler finns 22 väteatomer.
• För varje 12 kolatomer i ett prov av sackaros finns 1 mol sackarosmolekyler.

Om det vid något tillfälle uppstår en fråga om huruvida ett förhållande är rätt eller fel, är ett mycket användbart knep att ersätta ordet mullvad med dussin. Om relationen är meningsfull när man gör det, är det förmodligen okej. När relationen inte är välskriven kommer att ersätta mol med dussin att det låter mycket mer konstigt och det blir lätt att se att det är ett misstag. Till exempel, i det första av de två felaktiga sambanden, är det uppenbart fel att säga att det finns 22 väteatomer i ett dussin sackarosmolekyler, eftersom ett dussin molekyler har 12 gånger 22 väteatomer, det vill säga 264 väteatomer, inte 22.

Referenser

Molekylära och joniska föreningar. (2020, 30 oktober). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

Chang, R. (2021). Chemistry (11:e upplagan). MCGRAW HILL UTBILDNING.

Mol av atomer och molekyler – Begrepp – Stökiometri – Kemi . (nd). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

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