Mol. Masa, objętość stężenie
Mol jest jedną z podstawowych jednostek w układzie Si. Co to jest masa molowa? Jak obliczyć objętość molową? Jak zapisać stężenie molowe?
1. Mol. Definicja
Nazwa mol pochodzi od słowa molekuła. Mol to jednostka liczności materii i jest to ilość substancji zawierająca tyle molekuł ile atomów znajduje się w 12 g izotopu węgla 12C. Innymi słowy, jeden mol równy jest takiej ilości sztuk ile atomów znajduje się w 12 g izotopu węgla 12C.
Wybór izotopu węgla nie był kwestią przypadku. 12C jest też podstawą definicji masy atomowej. Mol jest jedną z podstawowych jednostek w układzie Si.
2. Czym jest stała Avorgada?
Jeden mol zawiera dokładnie 6,02214076×1023 molekuł. Liczba ta jest nazywana liczbą Avogadra lub też stałą Avogadra i oznaczana jest jako NA.
Mówiąc inaczej, w 0,012 kg 12C znajduje się 6,022×1023 atomów izotopu węgla 12C. 1 mol substancji zawiera w sobie 6,02 · 1023 molekuł. Porównać to można do tuzina, który zawsze zawiera 12 elementów. Amadeo Avogadro był włoskim fizykiem i twórcą prawa Avogadra.
Jako pierwszy termin „liczba Avogadra” użył w 1909 Jean Baptiste Perrina, francuski fizyk oraz laureat Nagrody Nobla. Perrin zdefiniował liczbę Avogadra jako liczbę cząsteczek w jednej gramocząsteczce tlenu (wówczas dokładnie 32 g).
Liczba Avogadra była używana jako jednostka ilości materii do października 1971 roku, kiedy XIV Generalna Konferencja Miar wprowadziła pojęcie mola.
3. Masa molowa
Masę atomów, cząsteczek czy jonów wyrażoną w gramach nazywamy masą molową. Często mylona z masą cząsteczkową, lecz liczbowo jest równa tej wartości.
Jednostką masy molowej w układzie SI jest kg/mol , ale częściej wyrażana jest w jednostce pochodnej g/mol. Dzieje się tak, ponieważ jednostka g/mol jest znacznie wygodniejsza w użyciu ze względu na to, że masa molowa jest liczbowo równa względnej masie molowej oraz podobna do wartości liczby masowej.
Masa molowa oznaczana jest symbolem M. Masę molową substancji obliczamy, sumując masy molowe wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki.
Przykłady mas molowych (wartości przybliżone):
- dla wodoru (H2): 0,002 kg/mol = 2 g/mol;
- dla wody (H2O): 0,018 kg/mol = 18 g/mol;
- dla potasu (K): 0,039 kg/mol = 39 g/mol.
4. Objętość molowa
Objętością molową jest nazywana objętość, jaką zajmuje jeden mol substancji. Jednostką objętości molowej w układzie SI jest m³/mol.
Objętość molowa jest zapisywana w następujący sposób:
Vm = V/n = M/p
Gdzie: Vm – objętość molowa V - objętość n moli substancji M – masa molowa (jednostka: kg/mol, w praktyce używa się g/mol – zobacz poniżej), ρ - gęstość (jednostka: kg/m³).
Objętość molowa podaje się dla określonych warunków, zwykle dla warunków normalnych.
Faza skondensowana. Dla cieczy i ciał stałych objętości molowe podaje się często z wykorzystaniem wygodniejszych podjednostek cm³/mol lub dm³/mol.
Na przykład dla wody 18 cm³/mol = 0,018 dm³/mol = 0,000018 m³/mol. Faza gazowa. Dla gazów i par (tu istnieją pewne zastrzeżenia) objętość molowa zmienia się w przybliżeniu liniowo wraz z temperaturą. Zjawisko to definiuje równanie Clapeyrona:
Vm = V/n = RT/p
gdzie: ρ – ciśnienie, R– (uniwersalna) stała gazowa, T – temperatura.
5. Stężenie molowe
Stężenie molowe nazywane również molowością albo molarnością jest jednym ze sposobów wyrażenia stężenia substancji w roztworach.
CB = n_B/V = m_B/(M_B V)
Gdzie:
CB – stężenie molowe składnika B nB – liczba moli składnika B V –objętość roztworu mB – masa składnika B MB – masa molowa składnika B
Najczęściej stężenie molowe stosuje się do roztworów ciekłych. Stężenie molowe roztworu oznacza liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 dm³ roztworu. Przykładowo roztwór 5-molowy zawiera 5 moli substancji rozpuszczonej w 1 dm³ roztworu.