Mol — jednotka SI: definícia, Avogadrovo číslo a použitie v chémii
Mol — SI jednotka vysvetlená jednoducho: definícia, Avogadrovo číslo 6,022×10^23, výpočty a praktické použitie v chémii pre študentov aj vedcov.
Mol je merná jednotka SI, ktorá vyjadruje množstvo látky (počet základných častíc) v systéme. Jeden mol obsahuje presne 6,02214076×10^23 takýchto častíc — toto je hodnota Avogadrovo číslo). Najčastejšie sa používa pre počet atómov alebo molekúl, napríklad jeden mol hrozna by obsahoval 6,02214076×10^23 jednotlivých plodov.
V roku 2019 došlo k redefinícii jednotiek SI: Avogadrova konštanta bola stanovená ako presná hodnota 6,02214076×10^23 mol-1. Pred touto zmenou sa mol často opisoval vzťahom k množstvu atómov v 12 gramoch uhlíka-12; po redefinícii je definícia: mol je množstvo látky obsahujúce presne túto pevne stanovenú hodnotu elementárnych častíc.
Vzťah k hmotnosti a atómovej hmotnostnej jednotke
Rôzne atómy a molekuly majú rôzne hmotnosť, preto jeden mol jednej látky nebude mať rovnakú hmotnosť ako jeden mol inej látky. Hmotnosť atómov a molekúl sa udáva v jednotkách amu (unified atomic mass unit, označované tiež ako u alebo dalton). Jedna atómová hmotnostná jednotka je definovaná tak, že relatívna atómová hmotnosť uhlíka-12 je presne 12 u, a z toho vyplýva praktická súvislosť:
- 1 u je numericky rovné 1 gram na mol (1 u ≈ 1 g·mol-1).
- Ak má atóm relatívnu atómovú hmotnosť 1 u, potom 1 mol takýchto atómov váži 1 gram.
- Príklad: atóm uhlíka-12 má presne 12 u, takže 1 mol atómov C-12 váži presne 12 g.
Použitie v chémii a výpočty
Mol je základná jednotka pre výpočty v analytickej a reakčnej chémii — používa sa pri výpočte látkových množstiev v stechiometrii, pri určovaní koncentrácií (molárnosť, mol·L-1), pri práci s plynovými zákonmi a pri prepočte medzi počtom častíc a hmotnosťou. Niektoré užitočné vzťahy:
- n = N / NA — látkové množstvo n (v mol) z počtu častíc N (NA je Avogadrova konštanta).
- n = m / M — látkové množstvo n z hmotnosti m (M je molárna hmotnosť v g·mol-1).
- Pre ideálny plyn pri 0 °C a 101,325 kPa zodpovedá 1 mol približne molárnemu objemu 22,414 L.
Príklady
- Koľko váži 2 moly vody (H2O)? Molárna hmotnosť H2O ≈ 18,015 g·mol-1, takže m = n·M = 2·18,015 ≈ 36,03 g.
- Koľko molekúl obsahuje 0,5 molu látky? N = n·NA = 0,5·6,02214076×10^23 ≈ 3,011×10^23 molekúl.
Hodnota 6,02214076×10^23 je veľmi veľké číslo — pre bežnú predstavu je najbližšie „okrúhle“ číslo 1024 (slovom: približne kvadrilión). Z tohto dôvodu sa mol hodí na prácu s atómami a molekulami, ale nie je praktický na počítanie bežných objektov (napríklad jeden mol hrozín by obsahoval obrovské množstvo plodov, ktoré by nebolo možné reálne manipulovať).
Ak potrebujete, môžem pridať ďalšie príklady výpočtov, vysvetlenie molárnej hmotnosti pre zložité zlúčeniny alebo schému pre rýchle prepočty medzi počtom častíc, látkovým množstvom a hmotnosťou.
Matematika s mólom
Mole = hmotnosť (g) / relatívna hmotnosť (gramy na mol)
Príklad: Koľko molov je v 20 gramoch vodíka?
Pre relatívnu hmotnosť vodíka možno použiť hodnotu 1, hoci správna hodnota je o niečo väčšia. Takže: móly = hmotnosť/relatívna hmotnosť = 20/1 = 20 mólov.
Mole = koncentrácia (mol/dm3) x objem (dm3)
Príklad: Koľko molov je v 100 cm3 0,1 M H2SO4?
1 dm3 je rovnaký ako 1000 cm3, takže hodnotu v centimetroch kubických treba vydeliť 1000. 100/1000 x 0,1 = 0,01 mólu.
Molekula metánu sa skladá z jedného atómu uhlíka a štyroch atómov vodíka. Uhlík má hmotnosť 12,011 u a vodík má hmotnosť 1,008 u. To znamená, že hmotnosť jednej molekuly metánu je 12,011 u + (4 × 1,008 u), teda 16,043 u. To znamená, že jeden mol metánu má hmotnosť 16,043 gramu.
Krtka si môžeme predstaviť ako dve vrecká s loptičkami rôznych veľkostí. Jedno vrecko obsahuje 3 tenisové loptičky a druhé 3 futbalové loptičky. V oboch vreciach je rovnaký počet loptičiek, ale hmotnosť futbalových loptičiek je oveľa väčšia. Je to iný spôsob merania vecí. Molekuly merajú počet častíc, nie hmotnosť. Takže obe vrecká obsahujú tri móly.
Mól je jednoducho jednotka počtu vecí. Medzi ďalšie bežné jednotky patrí tucet, čo znamená 12, a skóre, čo znamená 20. Podobne aj mol označuje špecifické množstvo - jeho charakteristickou črtou je, že jeho počet je oveľa väčší ako iné bežné jednotky. Takéto jednotky sa zvyčajne vymýšľajú vtedy, keď existujúce jednotky nedokážu niečo dostatočne jednoducho opísať. Chemické reakcie zvyčajne prebiehajú medzi molekulami s rôznou hmotnosťou, čo znamená, že meranie hmotnosti (napríklad gramy) môže byť pri porovnávaní reakcií jednotlivých molekúl zavádzajúce. Na druhej strane, používanie absolútneho počtu atómov/molekúl/jónov by bolo tiež mätúce, pretože pri obrovskom počte by bolo príliš jednoduché nesprávne umiestniť hodnotu alebo vynechať číslicu. Práca v móloch ako taká umožňuje vedcom odkazovať na konkrétne množstvo molekúl alebo atómov bez toho, aby sa uchyľovali k príliš veľkým číslam.
Súvisiace jednotky
Jednotky SI pre molárnu koncentráciu sú mol/m3. Pri písaní chemických textov sa však väčšinou používa mol/dm3 alebo mol dm-3, čo je to isté ako mol/l. Tieto jednotky sa často píšu s veľkým písmenom M (vyslovuje sa "molárny"), niekedy pred nimi stojí predpona SI, napríklad milimoly na liter (mmol/l) alebo milimolárny (mM), mikromoly/liter (µmol/l) alebo mikromolárny (µM), alebo nanomoly/l (nmol/l) alebo nanomolárny (nM).
Absolútny výťažok chemickej reakcie sa väčšinou udáva v móloch (tzv. "molárny výťažok").
Otázky a odpovede
Otázka: Aká jednotka SI sa používa na meranie molekúl a atómov?
Odpoveď: Jednotka SI používaná na meranie molekúl a atómov je mol.
Otázka: Koľko molekúl je v jednom móle?
Odpoveď: Jeden mol obsahuje približne 600 sextilliónov molekúl.
Otázka: Prečo vedci používajú toto číslo?
Odpoveď: Vedci používajú toto číslo, pretože 1 gram vodíka zodpovedá 1 molu atómov.
Otázka: Aká je presná hodnota jedného mólu?
Odpoveď: Presná hodnota jedného mólu je 6,02214078 × 1023, ktorý bol pomenovaný podľa Avogadra, ktorý ho vynašiel.
Otázka: Je praktické merať väčšinu úloh pomocou mólov?
Odpoveď: Nie, nie je praktické merať väčšinu úloh pomocou molov, pretože táto hodnota je taká obrovská, že jeden mol grapefruitu by bol veľký ako Zem.
Otázka: Ako sa merajú rôzne molekuly a atómy?
Odpoveď: Rôzne molekuly a atómy sa merajú v amu (jednotkách atómovej hmotnosti).
Otázka: Ako súvisí amu s gramami na mol? Odpoveď: Jeden amu sa rovná jednému gramu na mól, čo znamená, že ak má atóm hmotnosť jeden amu, potom jeden mól tohto atómu váži jeden gram.
Prehľadať