Masa atomowa i masa cząsteczkowa
Substancje są zbudowane z atomów lub dwu- i wieloatomowych cząsteczek. Za pomocą określonych metod fizycznych możemy wyznaczyć z dużą dokładnością masę atomu lub cząsteczki, np.: masa atomu wodoru wynosi: 1,66 × 10 g, masa atomu węgla wynosi: 1,99 × 10g. Podane liczby nazywamy bezwzględnymi masami atomowymi. W praktyce ich nie stosujemy, ponieważ nie wiążą się z nimi żadne prawa chemiczne. Wprowadzono zatem pojecie względnej masy atomowej. Jest to liczba niemianowana, wyrażona w tzw. skali węglowej, ktorej jednostka rowna się 1/12 masy atomu izotopu węgla C.
Masa atomowa pierwiastka chemicznego wskazuje, ile razy masa atomu danego pierwiastka jest większa od 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C. Należy zauważyć, że masy atomowe nie są liczbami całkowitymi. Wynika to po pierwsze z faktu, że większość pierwiastków występujących w przyrodzie stanowi mieszaniny dwóch lub więcej izotopów (nie mają trwałych izotopów, m.in. beryl, fluor, sód, glin, kobalt), a po drugie, z istnienia tzw. defektu masy. Posługujemy się zatem nie masami atomowymi poszczególnych izotopów, ale średnimi masami atomowymi. Obliczenie średniej masy atomowej wymaga znajomości mas atomowych izotopów oraz zawartości tych izotopów w mieszaninie (podanej np. w % wagowych). W przypadku związku chemicznego lub pierwiastków występujących w stanie wolnym w formie cząsteczek wieloatomowych (np.O2, O3) wprowadzono pojęcie względnej masy cząsteczkowej.
Masa cząsteczkowa jest to liczba, która wskazuje, ile razy masa cząsteczki jest większa od 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C. Masę cząsteczkową związku chemicznego oblicza się, sumując masy atomowe pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki, pomnożone przez liczbę atomów danego pierwiastka w cząsteczce tego związku chemicznego.
Np.:
dla azotu cząsteczkowego ( N2 ) wynosi ona: 2 × 14,0067 = 28,0134
dla kwasu azotowego(V) (HNO3) wynosi: 1,0079 + 14,0067 + 3 × 15,9994 = 63,0132.
Mol
Mol jest mianowaną jednostką chemiczną (g×mol), która stanowi podstawową jednostkę układu SI, będącą miarą ilości materii. Mol (atomów, cząsteczek, jonów, elektronów, lub innych cząstek) jest to taka ilość materii, ktora zawiera tyle cząstek, ile atomów węgla zawartych jest w 0,012 kg izotopu węgla 12C.
Np.: 12 g węgla to 1 mol atomów węgla,
32 g tlenu to 1 mol cząsteczek tlenu,
28 g tlenku węgla(II) CO to 1 mol cząsteczek tlenku węgla,
23 g jonów Na to 1 mol jonów sodu.
Mol odpowiada zatem liczbowo masie atomowej lub cząsteczkowej danej substancji. Oprócz mola używa się także jednostek pochodnych, zasady tworzenia których określane są w taki sam sposób jak dla wszystkich innych jednostek układu SI. Na przykład :
1 kilomol (kmol) = 10 mol
1 milimol (mmol) = 10 mol.
W jednym molu znajduje się określona liczba molekul. Nazwano ją liczbą Avogadra i wynosi ona:
NA = 6,023 × 1023
Przeliczanie masy pierwiastka na liczbę moli tego pierwiastka, przeliczanie masy związku chemicznego na liczbę moli tego związku i odwrotnie.
Mając podaną masę pierwiastka w gramach i odczytując jego masę molową, możemy bez problemu policzyć ilość moli danego pierwiastka (bądź związku chemicznego).
Masa molowa (atomowa) pierwiastka odpowiada wagowo 1 molowi tego pierwiastka, np. 1 mol Cl waży 35.5 grama. Jeżeli mamy do dyspozycji np. 3 gramy Cl, ilość moli Cl mozemy obliczyć z proporcji:
1 mol Cl waży 35,5 g więc
x moli Cl waży 3 g
x=3:35.5=0.084 mola
Gdy mamy do czynienia ze związkiem chemicznym, musimy wziąć pod uwagę fakt, iż możemy mieć więcej niż 1 cząsteczkę danego pierwiastka. Np. w związku H2SO4 mamy 2 cząsteczki wodoru (2x1 g/mol),
1 cząsteczkę siarki (1x32 g/mol) i 4 cząsteczki tlenu (4x16 g/mol). Cały związek waży zatem 98 g/mol. Przyjmijmy że mamy do obliczenia ilość moli tlenu w 29 gramach związku. Można to rozwiązać na dwa następujące sposoby:
Liczymy ilość moli całego związku z proporcji:
1 mol H2SO4 waży 98 g
x moli waży 29 g
a więc 29 gram H2SO4 zawiera 0.3 mola.
Tworzymy kolejną proporcję:
Z wzoru chemicznego wynika, ze:
na 1 mol H2SO4 przypadają 4 mole tlenu
więc na 0.3 mola przypada x
w tym wypadku x = 1.2 mola tlenu
wiemy, ze w 98 g H2SO4 znajduje się 64 g tlenu
a więc w 29 gramach H2SO4 jest x gram tlenu
x = 19 g
1 mol tlenu waży 16 g
a więc x moli waży 19 g
z tego wynika, że x = 1.2 mola.
Dokładnie odwrotnie przelicza się ilość moli na wagę pierwiastka bądź związku.