จำนวนอะตอมและจำนวนโมล: ตัวอย่างของซูโครส

หนึ่งในทักษะพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับปริมาณสารสัมพันธ์ประกอบด้วยความแตกต่างระหว่างแนวคิดเรื่องจำนวนอะตอมและจำนวนโมล แนวคิดทั้งสองมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด และการทำความเข้าใจแนวคิดเหล่านี้มีความสำคัญต่อการคำนวณอย่างถูกต้องและตีความข้อมูลในตำราเคมีและชีวเคมีจำนวนมากได้อย่างถูกต้อง

อะตอมคืออะไร?

เมื่อเราพูดถึงอะตอม เราหมายถึงหน่วยที่เล็กที่สุดที่ประกอบกันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่กำหนด และยังคงมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีเหมือนกัน อะตอมเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่เกิดจากนิวเคลียสที่เล็กกว่า ซึ่งเราสามารถหาโปรตอนและนิวตรอนที่มีประจุบวกได้ พวกมันยังถูกล้อมรอบด้วยชุดของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ

อะตอมเหล่านี้เป็นอะตอมเคมีชนิดเดียวกับที่เราพบในตารางธาตุ และเราแสดงบนกระดาษโดยใช้สัญลักษณ์ทางเคมีที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดถึงอะตอมของไฮโดรเจนหรืออะตอมของคาร์บอน ซึ่งในกรณีนี้เราหมายถึงอนุภาคที่ประกอบกันเป็นธาตุไฮโดรเจนหรือคาร์บอน และที่แทนด้วยสัญลักษณ์ H และ C ตามลำดับ

โมเลกุล

เมื่ออะตอมตั้งแต่ 2 อะตอมขึ้นไปรวมตัวกันด้วยพันธะโควาเลนต์ หน่วยใหม่ที่แยกจากกันเรียกว่าโมเลกุลจะก่อตัวขึ้น เช่นเดียวกับที่อะตอมถูกแสดงด้วยสัญลักษณ์ทางเคมี โมเลกุลจะถูกแทนด้วยสูตรโมเลกุล ซึ่งเป็นรายการของสัญลักษณ์สำหรับอะตอมทั้งหมดที่ประกอบกัน โดยมีตัวห้อยเพื่อระบุจำนวนอะตอมขององค์ประกอบแต่ละชนิดที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล คือ ปัจจุบัน.

ตัวอย่างของโมเลกุล: ซูโครส

ตัวอย่างของโมเลกุล เราสามารถพิจารณาซูโครสได้ สารประกอบนี้เป็นไดแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากการรวมตัวกันของโมเลกุลกลูโคสและโมเลกุลฟรุกโตส และมีสูตรโมเลกุลC ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ โครงสร้างแสดงไว้ด้านล่าง:

ซูโครสมีกี่อะตอม?

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าอะตอมคืออะไรและซูโครสคืออะไร และเรารู้สูตรโมเลกุลของซูโครสด้วย เราสามารถสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณสัมพันธ์ระหว่างซูโครสและอะตอมที่ประกอบด้วย:

• ซูโครสประกอบด้วยอะตอม 3 ชนิด ได้แก่ อะตอมของคาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O)
• ซูโครสแต่ละโมเลกุลมีคาร์บอน 12 อะตอมพอดี
• โมเลกุลของซูโครสประกอบด้วยไฮโดรเจน 22 อะตอมพอดี
• ซูโครสแต่ละโมเลกุลมีอะตอมออกซิเจน 11 อะตอมพอดี
• โดยรวมแล้ว ซูโครสแต่ละโมเลกุลมีอะตอมทั้งหมด 45 อะตอม

นอกจากความสัมพันธ์เหล่านี้ระหว่างโมเลกุลซูโครสและอะตอมที่มีอยู่แล้ว เรายังสามารถสร้างความสัมพันธ์เชิงปริมาณเพิ่มเติมได้:

• ในตัวอย่างซูโครส ทุกๆ 12 อะตอมของคาร์บอนจะมีไฮโดรเจน 22 อะตอม
• ซูโครสมีออกซิเจน 11 อะตอมต่อคาร์บอน 12 อะตอม
• สำหรับไฮโดรเจนทุกๆ 22 อะตอมที่อยู่ในซูโครส จะมีออกซิเจน 11 อะตอมด้วย

แต่ละอัตราส่วนเหล่านี้สามารถใช้ในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับน้ำตาลซูโครส นอกจากนี้ การวิเคราะห์แบบเดียวกันนี้สามารถทำได้กับสารใดๆ ที่เราทราบสูตรโมเลกุล

ไฝคืออะไร?

โมลเป็นหน่วยของระบบระหว่างประเทศเพื่อแสดงปริมาณของสสาร ตัวอย่างเช่น การบอกว่าเรามีไนโตรเจน 1 โมล แสดงว่าเรามีอะตอมของธาตุนี้โดยปริยาย เนื่องจากเมื่อเราพูดถึงโมล เราหมายถึงจำนวนของอะโวกาโดร นั่นคือโมลคือผลคูณที่บ่งบอกถึงการมีอยู่หรือการมีอยู่ของบางสิ่ง 6.022 x 10 ²³หน่วย สิ่งนี้อาจเกี่ยวกับอะไรก็ได้ แม้ว่าในบริบทของวิทยาศาสตร์ มักจะหมายถึงอะตอม โมเลกุล ไอออน อิเล็กตรอน หรือเพียงแค่อนุภาคโดยทั่วไป

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตัวตุ่นไม่มีอะไรมากไปกว่าตัวเลข มีขนาดใหญ่มากก็จริง แต่หลังจากนั้นก็เป็นตัวเลข ในความเป็นจริง แนวคิดของโมลเทียบเท่ากับโหล ซึ่งเป็นคำที่หมายถึง 12 เราสามารถพูดได้ว่าโหลมีค่าเท่ากับ 12 เนื่องจากโมลมีค่าเท่ากับจำนวนของอาโวกาโดร

แนวคิดของโมลถูกคิดค้นโดย Avogadro เพื่อสร้างมาตราส่วนของน้ำหนักอะตอมที่สัมพันธ์กับน้ำหนักของอะตอมของไอโซโทป 12 ไอโซโทปของธาตุคาร์บอน เดิมถูกกำหนดให้เป็นจำนวนอะตอมของคาร์บอนที่มีอยู่ในตัวอย่างคาร์บอน-12 ที่บริสุทธิ์ทั้งหมดเพียง 12 กรัม หลายปีต่อมา มีการระบุว่าตัวเลขนี้เท่ากับ 6,022 x 10 ²³และการตัดสินใจในการทดลองที่ตามมาก็ค่อยๆ ปรับปรุงตัวเลขนี้ อย่างไรก็ตาม เพื่อหลีกเลี่ยง ไม่ให้หนึ่งในหน่วยฐานของระบบหน่วยสากลขึ้นอยู่กับความแม่นยำของการวัดเชิงทดลอง ดังนั้น จึงมีการปรับเปลี่ยนทุกครั้งที่ได้การวัดที่ดีขึ้น จึงมีการกำหนดใหม่เป็น 6.02214076 x 10 23 ทุก^{ประการ}

ความสำคัญของไฝ

โมลเป็นหน่วยวัดปริมาณของสสารที่มีประโยชน์มาก เนื่องจากช่วยให้เราสามารถแสดงจำนวนอะตอมในตัวอย่างสสารด้วยตาเปล่า (ซึ่งมักเป็นจำนวนที่มากเสมอ) ในจำนวนที่น้อยกว่าและจัดการได้มากกว่า

ในทางกลับกัน ต้องขอบคุณข้อเท็จจริงที่ว่าสัดส่วนระหว่างองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นสารประกอบเคมีนั้นคงที่ สัดส่วนสารสัมพันธ์ทั้งหมดที่เราสามารถสร้างได้ในรูปของอะตอม โมเลกุล หรือไอออนสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ตัวเลขเดียวกันใน โมลของอะตอม โมลของโมเลกุล โมลของไอออน

การใช้โมลอย่างถูกต้องและไม่ถูกต้อง

เป็นเรื่องปกติที่นักเรียนเคมีจะรู้สึกสับสนเล็กน้อยเมื่อเจอโมลเป็นครั้งแรก ความสับสนนี้ ในกรณีส่วนใหญ่เกิดจากการใช้คำอย่างไม่ถูกต้องเมื่อแสดงความสัมพันธ์เชิงสัมพันธ์ จำไว้ว่าโมลนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าตัวเลขที่นับจำนวนหน่วยของสิ่งนั้น ดังนั้น เมื่อใดก็ตามที่เราพูดถึงโมล เราต้องระบุว่าเราจะนับอะไร

ลองนึกภาพสักครู่ว่าคนคนหนึ่งพูดกับอีกคนหนึ่งว่า “ฉันมีโหล” คนที่สองจะสงสัยทันทีและถามว่า: โหลอะไร?

เช่นเดียวกับไฝ ถ้าเราพูดกับนักเคมีว่า “สารละลายแต่ละลิตรมี 3 โมล” นักเคมีจะต้องการทราบทันทีว่า 3 โมลของอะไร ละลาย? ของตัวทำละลาย? ของการสลายตัว?

ซูโครสมีกี่โมล?

หลังจากชี้แจงข้างต้นแล้ว ตอนนี้เราสามารถสร้างชุดของความสัมพันธ์เชิงปริมาณแบบเดียวกับที่เราเขียนไว้ก่อนหน้านี้ในแง่ของอะตอมและโมเลกุล แต่ตอนนี้อยู่ในรูปของโมล ความสัมพันธ์เหล่านี้คือ:

• โมเลกุลของซูโครส 1 โมลประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 12 โมล
• โมเลกุลของซูโครส 1 โมลประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน 22 โมล
• โมเลกุลของซูโครสแต่ละโมลมีอะตอมออกซิเจน 11 โมลพอดี
• โดยรวมแล้วซูโครสแต่ละโมลมีอะตอม 45 โมล
• ในตัวอย่างใดๆ ของซูโครส ทุกๆ 12 โมลของอะตอมของคาร์บอนจะมีอะตอมของไฮโดรเจน 22 โมล
• ซูโครสประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจน 11 โมลต่ออะตอมของคาร์บอนทุกๆ 12 โมล
• สำหรับไฮโดรเจนทุกๆ 22 โมลในซูโครสจะมีออกซิเจน 11 โมลด้วย

ในตัวอย่างเหล่านี้ เราสามารถสังเกตได้ว่า แม้ว่าจะเป็นการดีกว่าที่จะทำเช่นนั้น แต่ในหลาย ๆ สถานการณ์ ไม่จำเป็นต้องระบุประเภทของอนุภาคหรือหน่วยที่เป็นปัญหา แต่ระบุเฉพาะชื่อเท่านั้น ดังนั้น เมื่อพูดว่า “แต่ละโมลของซูโครส” เนื่องจากซูโครสเป็นโมเลกุล จึงเข้าใจว่าโมลนั้นนับโมเลกุลของซูโครส

ในทำนองเดียวกัน เมื่อพูดว่า “22 โมลของไฮโดรเจน” ในบริบทนี้ โมลเป็นที่เข้าใจว่าหมายถึงโมลของอะตอมของไฮโดรเจน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นชื่อของอะตอม อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ความระมัดระวัง เนื่องจากคำว่าไฮโดรเจนยังสามารถใช้อ้างอิงในบริบทอื่นถึงธาตุไฮโดรเจน ซึ่งเป็นก๊าซไดอะตอมที่มีสูตรH ₂ ในกรณีเหล่านี้ การพูดถึง “แม่แบบไฮโดรเจน” อาจคลุมเครือเนื่องจากไม่ชัดเจนหากเราหมายถึงโมลของโมเลกุลไฮโดรเจนหรือโมลของอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นที่ต้องระบุตลอดเวลาว่าเขากำลังนับอะไรอยู่

จำนวนอะตอมกับจำนวนโมลในน้ำตาลซูโครส

ความสัมพันธ์ของปริมาณสารสัมพันธ์ที่ระบุไว้ข้างต้นไม่ใช่ความสัมพันธ์เดียวที่สามารถสร้างขึ้นสำหรับซูโครส คุณยังสามารถเขียนความสัมพันธ์ที่รวมจำนวนอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลเข้ากับจำนวนโมลของอะตอม ไอออน หรือโมเลกุล ในกรณีเหล่านี้ ต้องระวังอย่าลืมว่าหนึ่งโมลเท่ากับจำนวนของอาโวกาโดร

อัตราส่วนสารสัมพันธ์แบบผสมที่เป็นไปได้บางส่วนคือ:

• ในโมลของซูโครสหนึ่งโมลมีไฮโดรเจน 1.32454 x 10 ^{25 อะตอม (ซึ่งเท่ากับ 22 โมลคูณด้วยจำนวนอาโวกาโดร)}
• สำหรับทุกๆ 12 โมลอะตอมของคาร์บอนในตัวอย่างซูโครสจะมีซูโครส 6.02214076 x 10 ^{23 โมเลกุล}

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดประการหนึ่งเมื่อเขียนความสัมพันธ์เชิงปริมาณสำหรับซูโครสเช่นเดียวกับสารประกอบอื่นๆ คือการปฏิบัติต่อจำนวนอะตอมและโมเลกุลและจำนวนโมลของอะตอมและโมเลกุลราวกับว่าพวกมันเหมือนกัน ต่อไปนี้คือตัวอย่างทั่วไปของข้อผิดพลาดประเภทนี้:

• ในโมลของซูโครสหนึ่งโมลมีไฮโดรเจน 22 อะตอม
• สำหรับทุกๆ 12 อะตอมของคาร์บอนในตัวอย่างของซูโครส จะมีโมเลกุลของซูโครส 1 โมล

หากเมื่อใดก็ตามที่มีคำถามเกิดขึ้นว่าความสัมพันธ์นั้นถูกหรือผิด เคล็ดลับที่มีประโยชน์มากคือการแทนที่คำว่า โมล ด้วยโหล หากความสัมพันธ์สมเหตุสมผลในการทำเช่นนั้น ก็น่าจะโอเค เมื่อเขียนความสัมพันธ์ได้ไม่ดี การแทนที่ mol ด้วยโหลจะทำให้ฟังดูแปลกกว่ามากและจะสังเกตได้ง่ายว่ามีข้อผิดพลาด ตัวอย่างเช่น ในความสัมพันธ์ที่ผิดพลาดข้อแรกจากสองข้อ การบอกว่ามีไฮโดรเจน 22 อะตอมในโมเลกุลของซูโครส 1 โหลถือว่าผิดอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากโมเลกุล 1 โหลมีไฮโดรเจน 12 คูณ 22 อะตอม นั่นคือ 264 อะตอมของไฮโดรเจน ไม่ใช่ 22

อ้างอิง

สารประกอบโมเลกุลและไอออนิก (2563, 30 ตุลาคม). https://espanol.libretexts.org/@go/page/1807

ช้าง ร. (2564). เคมี (ฉบับที่ 11) MCGRAW HILL การศึกษา

โมลของอะตอมและโมเลกุล – แนวคิด – ปริมาณสารสัมพันธ์ –เคมี (น). beUnicoos. https://www.beunicoos.com/quimica/estequiometria/moles-y-magnitudes-masicas/quimica-moles-de-atomos-y-moleculas

คำจำกัดความ ใหม่ของไฝ (น). ลาตู https://www.latu.org.uy/wp/wp-content/uploads/2018/05/Redefinici%C3%B3n-del-mol.pdf