Мол SI единица: дефиниция, числото на Авогадро и маса

Молът е мерната единица на SI за количеството вещество (amount of substance). Символът ѝ е mol. По новата дефиниция от 2019 г. един мол съдържа точно 6,02214076×10^23 основни (елементарни) единици — атоми, молекули, йони или други дискретни частици (числото на Авогадро). Това означава, че „мол“ е просто удобна единица за броене на много големи количества частици.

Числото на Авогадро и историческа бележка

Стойността на числото на Авогадро бе закована като точно число при ревизията на SI през 2019 г.: 6,02214076×10^23 mol^-1. Преди това „мол“ често се свързваше емпирично с наличието на точно толкова атоми в 12 грама от изотопа въглерод-12 — това обяснява защо учени често казват, че числото е равно на броя на въглеродните атоми в 12 грама въглерод-12. Новата дефиниция запазва връзката, но вместо да определя мола чрез маса, дефинира числото на Авогадро като точна константа, а молът се определя чрез тази константа.

Практическа употреба и примери

Учените и химиците използват мола за удобство в стехиометрията — при смесване и изчисляване на реакции. Формулите, които често се ползват, са:

N = брой частици; N = n · N_A, където N_A е числото на Авогадро;
n = количество вещество (в mol); n = N / N_A;
m = маса (g или kg); m = n · M, където M е моларната маса (g·mol^-1 или kg·mol^-1).

Примери:

Един мол вода (H2O) съдържа 6,02214076×10^23 молекули и има маса приблизително 18,015 g (моларна маса ≈ 18,015 g·mol^-1).
Един мол атоми въглерод-12 тежи точно 12 g по историческата дефиниция; съвместно със съвременната формулировка това остава практичен ориентир за моларните маси.
Един мол гроздови зърна би означавал около 6,02214076×10^23 зърна — очевидно непрактично голямо количество; за да се добие идея за мащаба, числото е близко до „милион‑милион‑милион‑милион“, тоест порядък 10²⁴.

Връзка с масата и единицата аму

Различните атоми и молекули имат различна маса, затова един мол от едно вещество не тежи колкото един мол от друго. Масите на атомите и молекулите се дават в относителни единици — аму (или u, unified atomic mass unit). Практическата връзка е следната: ако масата на един атом е 1 amu, тогава един мол от тези атоми има маса 1 грам. Поради това числената стойност на относителната атомна маса (в amu) съвпада с моларната маса в g·mol^-1 (например относителната маса на кислорода ≈ 16 amu → моларна маса ≈ 16 g·mol^-1).

Ключови изводи

Мол е SI единица за количество вещество, символ mol.
Числото на Авогадро N_A е точно 6,02214076×10^23 mol^-1 (дефиниция от 2019 г.).
Моларната маса (g·mol^-1) свързва броя на моловете с масата: m = n·M.

Математика с мола

Молове = маса (g) / относителна маса (грамове на мол)

Пример: Колко мола има в 20 грама водород?

За относителната маса на водорода може да се използва стойност 1, въпреки че правилната стойност е малко по-голяма. И така: молове = маса/относителна маса = 20/1 = 20 мола.

Молове = концентрация (mol/dm3) x обем (dm3)

Пример: Колко мола има в 100 cm3 от 0,1 M _H2SO4?

1 dm3 е равно на 1000 cm3, така че стойността в кубични сантиметри трябва да се раздели на 1000. 100/1000 x 0,1 = 0,01 мола.

Молекулата на метана се състои от един въглероден атом и четири водородни атома. Въглеродът има маса 12,011 u, а водородът - 1,008 u. Това означава, че масата на една молекула метан е 12,011 u + (4 × 1,008u), или 16,043 u. Това означава, че един мол метан има маса 16,043 грама.

Къртицата може да се представи като две торбички с различни по големина топки. Едната торба съдържа 3 топки за тенис, а другата - 3 топки за футбол. И в двата чувала има еднакъв брой топки, но масата на топките за крака е много по-голяма. Това е различен начин за измерване на нещата. Моловете измерват броя на частиците, а не масата. Така че и двете торбички съдържат по три мола.

Молът е просто единица за брой на нещата. Други често срещани единици са десетина, което означава 12, и една точка, което означава 20. По подобен начин молът се отнася за специфично количество - неговата отличителна черта е, че броят му е много по-голям от другите общи единици. Такива единици обикновено се измислят, когато съществуващите единици не могат да опишат нещо достатъчно лесно. Химичните реакции обикновено протичат между молекули с различно тегло, което означава, че измерванията на масата (като грама) могат да бъдат подвеждащи, когато се сравняват реакциите на отделни молекули. От друга страна, използването на абсолютния брой на атомите/молекулите/йоните също би било объркващо, тъй като поради огромния брой е твърде лесно да се сбърка някоя стойност или да се изпусне някоя цифра. По този начин работата в молове позволява на учените да се позовават на определено количество молекули или атоми, без да прибягват до прекалено големи числа.

Свързани единици

Единиците SI за молна концентрация са mol/m3. В повечето химични текстове обаче се използва mol/dm3 или mol dm-3, което е същото като mol/L. Тези единици често се изписват с главна буква М (произнася се "моларен"), понякога предшествани от префикс SI, например милимоли на литър (mmol/L) или милимоларен (mM), микромоли/литър (µmol/L) или микромоларен (µM), или наномоли/L (nmol/L) или наномоларен (nM).

Абсолютният добив на дадена химична реакция най-често се изразява в молове (нарича се "моларен добив").

Въпроси и отговори

Въпрос: Коя е единицата на SI, използвана за измерване на молекули и атоми?

О: Единицата SI, която се използва за измерване на молекули и атоми, е мол.

В: Колко молекули се съдържат в един мол?

О: Един мол съдържа около 600 секстилиона молекули.

В: Защо учените използват това число?

О: Учените използват това число, защото 1 грам водород е еквивалентен на 1 мол атоми.

В: Каква е точната стойност на един мол?

О: Точната стойност на един мол е 6,02214078×1023, което е наречено на името на Авогадро, който го е измислил.

В: Практично ли е да се измерват повечето задачи с помощта на молове?

О: Не, не е практично да се измерват повечето задачи с помощта на молове, тъй като стойността е толкова огромна, че един мол от грейпфрут би бил голям колкото Земята.

В: Как се измерват различните молекули и атоми?

О: Различните молекули и атоми се измерват в аму (единици за атомна маса).

В: Как се отнася аму към грама на мол? О: Един аму е равен на един грам на мол, което означава, че ако един атом има маса от един аму, то един мол от този атом тежи един грам.