محاسبات جرم مولی در علم شیمی و بین دانشمندان اهمیت بسیاری دارد. اتم‌ها ذرات بسیار کوچکی هستند. این کوچکی، اندازه‌گیری آنها را به خصوص برای ماده‌های شیمیایی دشوار کرده است. برای سادگی محاسبات، دانشمندان در علم شیمی اتم‌ها را به واحدهایی با نام مول تقسیم می‌کنند. هر مول شامل$$ 6.022×10^{23} $$ اتم است که تحت عنوان عدد آووگادرو شناخته می‌شود. در حقیقت یک مول از هر ماده، شامل $$ 6.022×10^{23} $$ اتم است. به طور خلاصه جرم مولی شامل جرم یک مول از هر ماده‌ای است. در این آموزش به بیان نحوه محاسبه جرم مولی در دو گام ساده و همچنین ارتباط آن با عدد آووگادرو و واحد جرم اتمی می‌پردازیم.
عدد آووگادرو
آووگادرو بیان کرد که حجم یک گاز در فشار و دمای مشخص به تعداد اتم‌ها یا مولکول‌های آن مرتبط است. این ارتباط مستقل از نوع گاز است. البته او هیچوقت ارتباط دقیق بین این دو پدیده را پیدا نکرد اما این ایده او نزد دانشمندان ارزش بالایی دارد.
عدد آووگادرو جرم اتم‌ها را به یک عدد قابل فهم برای انسان تبدیل می‌کند. این عدد بیان می‌کند هر مول شامل $$ 6.022×10^{23} $$ ذره (اتم، مولکول، ترکیب و …) است. برای مثال می‌توان گفت که یک دست لیوان، 6 عدد یا یک دوجین پیراهن، 12 عدد است. عدد آووگادرو نیز $$ 6.022×10^{23} $$ مولکول است.
موادی که دانشمندان هر روزه با آن سروکار دارند شامل تعداد زیادی از اتم‌ها و مولکول‌هاست. این تعداد زیاد در محاسبه مشکلاتی را بوجود می‌آورد. دانشمندان به کمک این عدد راحت‌تر می‌توانند در خصوص مواد صحبت کنند.
تعریف مول
مول واحد اندازه گیری SI برای ذرات بنیادی (اتم، الکترون، پروتون) یک ماده شیمیایی است. میزان ذرات بنیادی که در 12 گرم از کربن-12 (C-12) وجود دارد را یک مول گویند. با توجه به گفته‌های بالا یک مول شامل $$ 6.022×10^{23} $$ از ذرات بنیادی هر ماده‌ای است.
محاسبات شیمیایی با عدد آووگادرو و مول
فهم عدد آووگادرو در درک تشکیل مولکول‌ها و واکنش بین آنها بسیار موثر است. برای مثال در تشکیل مولکول آب ($$H_2O$$)، یک اتم اکسیژن با دو اتم هیدروژن ترکیب می‌شود. در نتیجه یک مول از اکسیژن با دو مول از هیدروژن برای تشکیل آب باید ترکیب شوند. به بیان ساده‌تر اعداد زیر به ما کمک می‌کنند تا بفهمیم چه تعداد از اتم‌های هر عنصر در تشکیل مولکول آب نقش دارند:
- 2 مول هیدروژن = $$ 2×6.022×10^{23} $$ اتم هیدروژن
- 1 مول اکسیژن = $$ 1×6.022×10^{23} $$ اتم اکسیژن
جرم مولی و عدد آووگادرو
خاصیت دیگر عدد آووگادرو در بیان جرم یک مول از ماده است. جرم یک مول از هر ماده با وزن مولکولی آن ماده برابر است. به عنوان مثال، وزن مولکولی آب به طور متوسط $$18.015\:amu$$ (واحد جرم اتمی) است. این عدد یعنی هر مول از مولکول آب $$18.015$$ گرم است.
- 1 مول آب = 1×18/015 (گرم) آب
- 1 مول از هر ماده = 1× عدد جرمی متوسط آن ماده (گرم)
حالا اگر $$1.25$$ گرم از مولکولی را داشته باشید که وزن مولکولی آن $$ 134.1 \ g/mol $$ باشد، چند مول از آن مولکول را دارید؟
$$1.25\times\frac{1 mol}{134.1 gr}=0.0096\:moles$$
مول و اتم
همانطور که در بالا اشاره شد از مول برای مرتبط کردن جرم مواد با مقدار اتم‌های آن استفاده می‌شود. این کار برای این است که ببینیم چه مقدار از یک ماده می‌تواند با ماده دیگر واکنش دهد.
ارتباط بین مول‌ها و اتم‌ها توسط عدد آووگادرو بیان می‌شود. این عدد یک ضریب تبدیل برای تبدیل اتم‌های یک ماده به مول است. این ضریب بیان می‌کند که 1 مول برابر با $$ 6.022×10^{23} $$ اتم است.
تبدیل مول به اتم
برای تبدیل مول به اتم می‌توانید از فرمول زیر استفاده کنید:
$$x\:moles.\frac{6.022\times 10^{23}\:atoms}{1\:mole}=\:y\:atoms$$
به مثال زیر توجه کنید. شش مول سدیم داریم. می‌خواهیم ببینیم این میزان مول شامل چند اتم است؟
$$6\:moles.\frac{6.022\times 10^{23}\: atoms}{1mole}=3.61\times 10^{24}\:atoms$$
تبدیل اتم به مول
با کمی تغییر در فرمول بالا می‌توانیم نحوه‌ی تبدیل اتم به مول را به صورت زیر بنویسیم:
$$x\:atomes.\frac{1\:mole}{6.022\times10^{23}\:atoms}=\:y\:moles$$
جرم مولی ترکیبات شیمیایی
جرم مولی یک ترکیب شیمیایی، جرم یک مول از آن ترکیب است.
محاسبه جرم مولی
در این قسمت محاسبه جرم مولی را در چند مرحله و به سادگی بررسی می‌کنیم.
مرحله اول: عدد جرمی نسبی عنصرها را پیدا کنید
مانند تصویر زیر عدد جرمی نسبی هیدروژن برابر $$1/007$$ است. این اعداد در جدول تناوبی عناصر در دسترس است.
به همین ترتیب برای دیگر عناصر، عدد جرمی نسبی را پیدا کنید.
چند مثال در زیر آمده است:
- هیدروژن = $$1/0007$$
- کربن = $$12/0107$$
- اکسیژن = $$15/9994$$
- کلر = $$35/453$$
مرحله دوم: محاسبه جرم مولی
به روش زیر، جرم مولی مولکول‌های اکسیژن $$(O_2)$$ و گلوکوز $$(C_6H_12O_6)$$ را حساب کنید:
برای محاسبه جرم مولی اکسیژن می‌دانیم عدد جرمی نسبی هر اکسیژن $$15/9994$$ است. در نتیجه:
$$O+O=O_2$$
جرم مولی مولکول اکسیژن:
$$ 15/9994+15/9994=31/99988 g/mol $$
برای محاسبه جرم مولی گلوکوز مانند تصویر زیر عمل می‌کنیم. کافی است تا فرمول شیمیایی گلوکوز را بدانیم. با استفاده از مراحل بالا و پیدا کردن عدد جرمی عناصر، جرم مولی گلوکوز را حساب می‌کنیم.
محاسبه جرم در شیمی
دانشمندان در محاسبات ترکیبات شیمیایی، تعداد اتم‌های هر ترکیب شیمیایی را در نظر می‌گیرند. با توجه به اینکه در هر ترکیب شیمیایی، میلیاردها اتم وجود دارد، برای سهولت در کار از مول در محاسبات خود استفاده می‌کنند.
تفاوت amu و g/mol
هر یون یا اتم، جرم مشخصی دارد. به همین شکل هر مول از یک ماده نیز جرم مشخصی دارد. جرم یک مول اتم از یک ماده بر حسب گرم با جرم آن در واحد جرم اتمی$$(amu)$$ برابر است. این جرم با واحد $$g/mol$$ هم برابر است. در نتیجه این دو واحد با یکدیگر همتراز (معادل) است. در علم شیمی آزمایشگاهی از $$g/mol$$ بیشتر استفاده می‌شود.
سخن پایانی
در این آموزش سعی کردیم تا نکات ابهام برانگیز در درک جرم مولی را بیان کنیم. آموختیم که هر مول شامل$$ 6.022×10^{23} $$ اتم است که تحت عنوان عدد آووگادرو شناخته می‌شود. با نحوه محاسبه جرم مولی آشنا شدیم و نحوه تبدیل مول به اتم و برعکس را مرور کردیم. در نهایت ذکر این نکته لازم است که دانشمندان علم شیمی آزمایشگاه معمولا از $$g/mol$$ در محاسبات خود استفاده می‌کنند. برای تسلط به مفهوم جرم مولی و محاسبات آن کافی است تا مسائل ارائه شده در بالا را یک بار دیگر بررسی کنید.
در صورتی که مطلب بالا برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزش‌های دروس شیمی
- مجموعه آموزش‌های مهندسی شیمی
- آموزش شیمی عمومی
- آموزش محلول سازی در آزمایشگاه
- اندازه‌گیری فشار — از صفر تا صد
- موازنه واکنش شیمیایی — به زبان ساده
^^
عالی بود مطلبتون ممنونم