Mol (SI-enhet) – definition, Avogadros tal, massa och exempel
Förstå mol som SI‑enhet: definition, Avogadros tal 6,022×10^23, massberäkning i amu och tydliga exempel som förklarar hur mängd och massa hänger ihop.
Mole är en SI-enhet som används för att räkna stora antal elementära enheter, vanligtvis atomer eller molekyler. En mol av något innehåller exakt 6,02214076×1023 av dessa enheter — detta tal kallas Avogadros tal. Till exempel innehåller en mol druvor exakt 6,02214076×1023 druvor.
Avogadros tal och SI-omdefinitionen 2019
Fram till 2019 var sambandet mellan mol och massan förankrat i karbon-12-provets massa. Vid SI-omdefinitionen 20 maj 2019 fick Avogadros konstant en fixerad, exakt numerisk värde: 6,02214076×1023 mol−1. Efter omdefinitionen definieras en mol som mängden substans som innehåller exakt detta antal specificerade elementära enheter.
Varför talet används
Talets storlek gör det möjligt att koppla mikroskopiska partiklar (atomer, molekyler, joner osv.) till mängder vi kan väga och mäta i laboratoriet. Historiskt valdes talet så att en mol kol-12 motsvarade ungefär 12 gram före omdefinitionen; idag är relationen uttryckt genom den fixerade Avogadrokonstanten.
Massa, amu och molmassa
Olika atomer och molekyler har olika massa, så en mol av en substans väger inte likadant som en mol av en annan. Atom- och molekylmassor anges ofta i enheten amu (även kallad dalton, symbol u), som är definierad som 1/12 av massan hos en kol-12-atom. Numeriskt motsvarar 1 u molar till 1 g·mol−1. Det betyder att om en atom har massan 1 u så väger en mol av den atomen 1 gram. Motsvarande fungerar för molekyler: t.ex. har vattenmolekylen (H2O) en relativ formelmassa ≈ 18,015 u, vilket motsvarar en molmassa ≈ 18,015 g·mol−1.
Exempel och snabba beräkningar
- Antal partiklar i 2,5 mol av en substans: 2,5 × 6,02214076×1023 ≈ 1,5055×1024 partiklar.
- Massan av 1 mol vatten: ≈ 18,015 g. Alltså väger 0,50 mol vatten ≈ 9,0075 g.
- Volymen av 1 mol ideal gas vid 0 °C och 1 atm är ungefär 22,414 L (vid STP). Vid 25 °C (298,15 K) och 1 atm är volymen ≈ 24,47 L.
- En överblick av storleksordningen: Avogadros tal är svårt att föreställa sig i ord. Det motsvarar ungefär 602 214 076 000 000 000 000 000 objekt (ungefär 6,02×1023).
- Praktiskt exempel med frukt: en genomsnittlig grapefrukt kan väga ~0,5 kg och ha volym ~5,2×10−4 m3. En mol sådana grapefrukter skulle därför ha en totalmassa ≈ 3,0×1023 kg (ungefär 0,05 jordmassor) och en totalvolym ≈ 3,2×1020 m3 (ungefär 0,3 av jordens volym). Det visar hur snabbt storlekarna växer vid molära kvantiteter.
Användningsområden
Mole används i kemi, fysik och materialvetenskap för stökiometri (beräkna mängder i kemiska reaktioner), bestämning av molar koncentration (mol·L−1), gaskonstanter i termodynamik och vid framställning av material med exakt sammansättning. Symbolen för enheten är mol.
Sammanfattning
En mol är en grundläggande SI-enhet som länkar mikrovärlden till makrovärlden genom den fixerade Avogadrokonstanten 6,02214076×1023 mol−1. Molar massa (g·mol−1) ger ett praktiskt sätt att omvandla mellan antal partiklar och uppmätta massor i laboratoriet.
Matematik med mol
Mol = massa (g) / relativ massa (gram per mol)
Exempel: Hur många mol finns det i 20 gram väte?
Ett värde på 1 kan användas för vätets relativa massa, även om det korrekta värdet är något större. Så: mol = massa/relativ massa = 20/1 = 20 mol.
Mol = koncentration (mol/dm3) x volym (dm3)
Exempel: Hur många mol finns det i 100 cm3 0,1 M H2SO4?
1 dm3 är detsamma som 1000 cm3, så värdet i kubikcentimeter måste delas med 1000. 100/1000 x 0,1 = 0,01 mol.
En metanmolekyl består av en kolatom och fyra väteatomer. Kolet har en massa på 12,011 u och väte har en massa på 1,008 u. Detta innebär att massan av en metanmolekyl är 12,011 u + (4 × 1,008u), eller 16,043 u. Detta innebär att en mol metan har en massa på 16,043 gram.
En mullvad kan ses som två påsar med bollar av olika storlek. Den ena påsen innehåller tre tennisbollar och den andra tre fotbollar. Det finns samma antal bollar i båda påsarna, men massan av fotbollar är mycket större. Det är ett annat sätt att mäta saker på. Mol mäter antalet partiklar, inte massan. Så båda påsarna innehåller tre mol.
En mol är helt enkelt en enhet för antalet saker. Andra vanliga enheter är ett dussin, dvs. 12, och en poäng, dvs. 20. På samma sätt hänvisar en mol till en specifik mängd - dess utmärkande egenskap är att dess antal är mycket större än andra vanliga enheter. Sådana enheter uppfinns vanligtvis när befintliga enheter inte kan beskriva något tillräckligt enkelt. Kemiska reaktioner sker vanligtvis mellan molekyler med olika vikt, vilket innebär att mätningar av massa (t.ex. gram) kan vara missvisande när man jämför reaktioner av enskilda molekyler. Å andra sidan skulle det också vara förvirrande att använda det absoluta antalet atomer/molekyler/joner, eftersom de enorma antalen skulle göra det alltför lätt att förväxla ett värde eller glömma bort en siffra. Genom att arbeta i mol kan forskarna hänvisa till en specifik mängd molekyler eller atomer utan att behöva använda alltför stora tal.
Relaterade enheter
SI-enheterna för molär koncentration är mol/m3. I de flesta kemiska texter används dock mol/dm3 eller mol dm-3, vilket är samma som mol/L. Dessa enheter skrivs ofta med stor bokstav M (uttalas "molar"), som ibland föregås av ett SI-prefix, till exempel millimol per liter (mmol/L) eller millimolär (mM), mikromol/liter (µmol/L) eller mikromolär (µM), eller nanomol/L (nmol/L) eller nanomolär (nM).
Det absoluta utbytet av en kemisk reaktion anges oftast i mol (kallas "molär utbytet").
Frågor och svar
F: Vilken SI-enhet används för att mäta molekyler och atomer?
S: SI-enheten som används för att mäta molekyler och atomer är mol.
F: Hur många molekyler finns i en mol?
Svar: En mol innehåller ungefär 600 septimiljoner molekyler.
F: Varför använder forskarna detta nummer?
S: Forskare använder detta tal eftersom 1 gram väte motsvarar 1 mol atomer.
F: Vad är det exakta värdet av en mol?
Svar: Det exakta värdet av en mol är 6,02214078×1023, uppkallat efter uppfinnaren Avogadro.
F: Är det praktiskt att mäta de flesta funktioner i mol?
Svar: Nej, det är inte praktiskt att mäta de flesta uppgifter med mol eftersom värdet är så stort att en mol grapefrukt skulle vara lika stort som jorden.
F: Hur mäter man olika molekyler och atomer?
S: Olika molekyler och atomer mäts i amu (atomära massanheter).
F: Hur förhåller sig amu till gram per mol? Svar: En ampull motsvarar ett gram per mol, vilket innebär att om en atom har en ampulls massa väger en mol av den atomen ett gram.
Sök