La prima cosa da capire è che "mole" non è un'unità di massa. È semplicemente una quantità, un numero, come dozzina o lordo o punteggio. Proprio come una dozzina di uova è 12 uova, una mole di glucosio è $ 6,02 \ volte 10 ^ {23} $ molecole di glucosio e una mole di atomi di carbonio è $ 6,02 \ volte 10 ^ {23} $ atomi di carbonio. Le "talpe" sono associate alla massa solo perché i singoli oggetti hanno massa, e quindi anche una talpa di oggetti ha una certa massa.

Allora perché $ 6,02 \ volte 10 ^ {23} $? Cosa c'è di così speciale nel numero di Avogadro? Beh, niente, davvero, fa solo funzionare bene i calcoli. Il numero di Avogadro è definito come il numero di $ \ ce {^ {12} C} $ atomi che pesano 12 g. Quindi è effettivamente un rapporto: quante volte più grande è un grammo di un'unità di massa atomica? Se hai un atomo di $ \ ce {^ {12} C} $, pesa 12 amu. Se ne hai $ 6,02 \ volte 10 ^ {23} $, pesano 12 g. Se hai una molecola di glucosio, pesa 180 amu (o giù di lì). Se ne hai $ 6,02 \ volte 10 ^ {23} $, pesano 180 g (o giù di lì). - È proprio come se un uovo pesa 60 g (in media), poi una dozzina di loro pesa 720 g (in media) e se una tazza di farina pesa 120 g (in media), allora una dozzina di tazze di farina pesano 1440 g (in media). L'unica differenza è che dozzina è definita in avanti ("una dozzina è dodici"), mentre una talpa è definita "all'indietro" ("una dozzina è il numero di 60 g di uova che si trovano in una raccolta di uova che pesa 720 g." )

Questa definizione di convenienza - legare il valore del numero di Avogadro direttamente alla differenza di scala tra l'amu e il grammo - è ciò che probabilmente ti sta gettando. Le talpe non sono un'unità di massa, ma la definizione è intimamente legata alle unità di massa. L'equivalenza in numeri su scala atomica (amu) e su scala macroscopica (grammi) può anche portare i chimici a giocare velocemente e liberamente con la terminologia, lavorando rapidamente avanti e indietro dalla scala atomica a quella macroscopica, senza una netta distinzione tra i due .

Forse un'analogia con l'hardware potrebbe aiutare. Diciamo che ti occupi di mettere insieme le cose usando dadi, bulloni e rondelle. Per amor di discussione, diciamo che ogni volta che unisci qualcosa hai sempre bisogno di un bullone, due rondelle e un dado. Oh, e dovrai imbullonare insieme molte cose.

Quindi, avrai bisogno di molti dadi, bulloni e rondelle, ma questo è ok, il negozio di ferramenta li vende a libbra.

I bulloni hanno una massa di 20 carati, i dadi sono 5 carati e le rondelle sono 2 carati. Cos'è un carato? Non importa davvero perché non sai quante cose ti unirai - solo "molte".

Quindi, vai al negozio di ferramenta e compri 20 libbre di bulloni , 5 libbre di dadi e 4 libbre di rondelle.

Ora, non hai idea di quanti dadi, bulloni e rondelle hai, ma sai che hai lo stesso numero di dadi che hai i bulloni e hai il doppio delle rondelle. Finché converti la massa dell'articolo in carati nel peso che acquisti in libbre, puoi sempre assicurarti di ottenere gli articoli nelle proporzioni che desideri.

Scendendo un po 'lungo la strada, trovi fuori che ci sono 6.000 carati per libbra. Ciò significa che 20 libbre di bulloni sono in realtà 6.000 bulloni, e 5 libbre di dadi sono anche 6.000 dadi e 4 libbre di rondelle sono 12.000 rondelle.

Quindi, in questa analogia, molto (ovvero una "talpa") di articoli è 6.000 o 6 x 10 ³

Se ti trasferisci in un paese con un sistema metrico e i loro negozi di ferramenta vendono gli stessi bulloni , noci e rondelle ma dal chilogrammo (eresia!), sei un po 'in fase? Nah. Comprate 20 kg di bulloni, 5 kg di dadi e 4 kg di rondelle. Ora hai 2,2 x 6.000 lotti di tomaie da falegname. Quindi sei ancora in affari.

L'idea con gli atomi è fondamentalmente la stessa, quando converti la massa in amu (o il dalton come credo sia preferito ora) in grammi, la talpa è N _A o il numero 6.02 di Avogadro x 10 ²³ .

La definizione precisa di cosa sia esattamente un amu (Da) è un punto sottile, importante, ma tangente al concetto di talpa che è ciò che tu ' stai lottando con. È interessante notare, e altrettanto tangenzialmente, il numero di Avogadro potrebbe essere utilizzato per ridefinire cos'è un chilogrammo: https://www.youtube.com/watch?v=ZMByI4s-D-Y

Gli atomi si combinano particella per particella. Cioè, in base al numero di particelle.

Le operazioni di laboratorio e industriali si basano sulla misurazione delle masse.

La talpa è il ponte tra queste. Ci permette di "contare" un particolare numero di atomi ammassando la sostanza.

Il primo punto è che si tratta di una definizione. In termini pratici ci permette di avere un'unità conveniente per esprimere le concentrazioni come $ \ pu {mol dm ^ {- 3}} $ senza dover usare numeri enormi. Ancora più importante, ci permette di sapere quante molecole di atomi ecc. Sono in una data massa di sostanza.

Una talpa è definita come la quantità di sostanza, n , che contiene come molti oggetti (atomi, molecole, ioni per esempio) quanti sono gli atomi in 12 grammi di carbonio-12. Questo numero è stato determinato mediante esperimento ed è di circa $ 6,02214 ~ 10 ^ {23} $. Questo è il numero di Avogadro.

Se un campione ha N atomi o molecole, la quantità di sostanza che contiene è $ n = N / N_A $ dove $ N_A $ è costante ed è $ 6.02214 ~ 10 ^ {23} \ pu {mol ^ {- 1}} $. Quindi $ \ pu {1 mol} $ contiene $ 6.02214 ~ 10 ^ {23} $ atomi, molecole o ioni ecc.

Ne consegue che

La massa di una mole di una sostanza è uguale alla sua massa molecolare relativa espressa in grammi,

quindi 18 g di acqua (per semplicità usando O = 16; H = 1 invece delle masse esatte) o 78 g di benzene contengono il numero di molecole di Avogadro, allo stesso modo 32 g di zolfo, 200 g di mercurio, hanno tutti il ​​numero di atomi di Avogadro.

Un neo è una quantità di oggetti discreti, non una dimensione per misurare una cosa . Allo stesso modo in cui una dozzina di oggetti è 12 o un punteggio di oggetti è 20, una mole di oggetti è circa $ 6,02214 \ volte 10 ^ {23} $.

Tecnicamente, non dovremmo dire "1 mole di glucosio". Dovremmo invece dire "1 mole di molecole di glucosio " . Lo stesso vale per qualsiasi altro oggetto: "1 mole of water" dovrebbe essere "1 mole of water molecules", e così via. Se vogliamo parlare di elementi grezzi, allora parleremmo di una mole di atomi di quell'elemento, piuttosto che di una mole di molecole , ma il principio è il stesso. Per convenzione , di solito omettiamo la parte "molecole" , ma se vogliamo essere veramente severi riguardo alle cose, dovremmo dirlo.

Il numero di Avogadro è stato scelto in modo che la massa di una mole di molecole (della stessa cosa) sia uguale a $ x $ grammi, dove $ x $ è la massa molecolare di quella cosa . In origine, era definito in modo che 1 mole di idrogeno (che, ricordate, è in realtà "1 mole di atomi di idrogeno") pesa 1 grammo. Al giorno d'oggi, lo definiamo in modo che una mole di Carbon-12 (di nuovo, "1 mole of Carbon-12 atoms ") pesa 12 grammi, ma le proporzioni funzionano ancora, più o meno. Le persone dietro SI stanno lavorando per fissare questo a una costante matematica.

Dato che mi affido al mio libro di testo di chimica, ti fornirò la conoscenza di una talpa che ho acquisito attraverso di essa.

La talpa indica semplicemente la quantità di sostanza, è l'unità di misura SI di quantità di sostanza. Tre definizioni possono essere date a una mole;

1. Una mole è definita come quella quantità di sostanza che ha massa uguale alla massa del grammo atomico se la sostanza è atomica o grammo massa molecolare se la sostanza è molecolare.

Ad esempio, $ H_2O $ ha una massa molecolare di $ 18u $, quindi la sua massa grammo molecolare è $ 18gram $. Quindi puoi dire che $ 18 $ grammo di $ H_2O $ è equivalente a $ 1 $ mole di $ H_2O $.

2.Una talpa è definita come quella quantità di sostanza che contiene il numero di Avogadro $ ( 6.022140857 × 10 ^ {23}) $ numero di atomi se la sostanza è atomica o numero di molecole di Avogadro se la sostanza è molecolare.

Ad esempio, $ 6.022140857 × 10 ^ {23} $ molecole di $ H_2O $ formeranno $ 1 $ mole di $ H_2O $.

3.In caso di gas, una mole è definita come quella quantità di gas che ha un volume di $ 22,4 $ litri a STP ($ 101,3kPa $ e $ 273,15 K $).

Ad esempio, a STP $ 22,4 $ litri di $ CO_2 $ gas sarà detto $ 1 $ mole di $ CO_2 $.

La talpa è una misura del numero . Il concetto di "talpa" ci aiuta a pesare o contare numeri definiti di atomi (esclusi gli errori di minuto) semplicemente usando una bilancia macroscopica. Se so che è glucosio, e ne prendo 180 grammi (poiché C6 H12 O6 ha peso molecolare 180); il campione contiene 1 moli o numeri di avogadro (N.A) o 6.023 * 10 ^ 23 molecole di glucosio. Allo stesso modo, 18 grammi H2O devono contenere 1 mole o 6,023 * (10 ^ 23) molecole d'acqua.

Ma come?

Iniziamo con alcuni oggetti macroscopici .

Se prendiamo 1 camion pieno di mattoni e un altro camion pieno di mattoni; il secondo camion conterrebbe molte volte più trucioli di mattoni rispetto ai mattoni del primo. Semplice.

Ma se prendessimo 1 mattone camion (massa totale del mattone molto pesante); e 1 secchio brick-chips (massa totale di brick-chips molto più leggero dei mattoni pieni di camion) ... allora? Forse entrambi conterranno lo stesso (almeno quasi) numero di particelle.

Cioè se prendiamo oggetti pesanti in quantità massiccia e oggetti leggeri in quantità più leggera; il numero di oggetti di entrambi i casi, tenderebbe allo stesso.

In termini quantitativi:

  Dì ogni brick-chip = 1 grammo. 1 mattone = 1000 grammi. 

Ora, se prendiamo 1234 * 1 grammo di brick-chips e 1234 * 1000 grammi di mattoni; avremo lo stesso numero di particelle unitarie in entrambi i casi.

  Oppure se prendiamo X * 1 grammo di mattoncini in un punto e X * 1000 grammi in un altro punto; in entrambi i casi si otterrebbe lo stesso numero.  

Bilancia molecolare

1 atomo di idrogeno (H) pesa 1 a.m.u. 1 molecola di glucosio (C6 H12 O6) pesa 180 a.m.u. 1 molecola di H2O pesa 180 a.m.u.

  Ora, 1 grammo = 6,023 * (10 ^ 23) Dalton o N.A a.m.u. (*)  

Quindi, proprio come il nostro esempio di mattoni sopra menzionato;

1 grammo di atomo di idrogeno (H) (o NA amu H), o 180 grammi di glucosio (cioè NA * 180 amu glucosio), o 18 grammi di acqua (NA * 18 amu di acqua) conterrebbe lo stesso numero di particelle ( Che è qui 6.023 * (10 ^ 23) pezzi o pezzi NA a causa della relazione tra grammo e amu). In questo modo 1 mole di qualsiasi sostanza conterrebbe un numero NA di molecole

Il numero di Avogadro (N.A.) in questo esempio funziona allo stesso modo di X nel precedente esempio di mattone.

Di seguito è riportato un diagramma semplificato che confronta un esempio di vita reale e un esempio di chimica.

Vantaggio

Ci vengono dati

1 C6 H12 O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O

I numeri sul lato sinistro della formula del composto , o il coefficiente stechiometrico; è il minor numero possibile di molecole per completare una reazione.

ci è stata data una certa quantità di glucosio e ci è stata chiesta la quantità di CO2 che si è sviluppata dopo la completa combustione in O2?

Possiamo calcolarla appena da mattina. Calcolo più ampio.

Ma il concetto di mole aiuta molto poiché possiamo determinare quantità di reagenti e prodotti direttamente in grammi, dalla formula molecolare e dai coefficienti stechiometrici, senza utilizzare alcuna conversione di unità tra grammo e amu

Se potessimo moltiplicare l'intera reazione

(180 amu + 6 * 32 amu = 6 * 44 amu + 6 * 18 amu per il rispettivo composto)

con NA (potrebbe eseguire numeri NA di tali reazioni alla volta)

i. e.

180 amu * NA + 6 * 32 amu * NA = 6 * 44 amu * NA + 6 * 18 amu * NA (rispettivo composto)

o

1 mole di glucosio + 6 mole di O2 = 6 mole di CO2 + 6 mole di H2O.

o

180 grammi + 6 * 32 grammi = 6 * 44 grammi + 6 * 18 grammi (rispettivo composto).

una volta che avessimo saputo il fatto invece molecola avremmo potuto usare la talpa; e potremmo facilmente scrivere reazione per una talpa reazioni parallele. Quindi convertiamo le moli in grammi usando la formula chimica, possiamo facilmente determinare la quantità richiesta o ottenuta di un determinato reagente o prodotto. Per un dato valore di 1 reagente o prodotto

per dire 2 H2 + O2 = 2 H2O. Da questa reazione possiamo facilmente concludere che 2 mole di H e 1 mole di O2 formano 2 moli di H2O; oppure 2 * 2 g H2 e 32 g O2 fanno 2 * 18 g H2O. Ora utilizzando il metodo unitario potremmo trovare una quantità richiesta di reagente o prodotto da una determinata quantità di reagente o prodotto.

riferimenti:

1. (* ): http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/mole.html

2. Risultato conversione unità Google

3. Costante di Avogadro in wikipedia

4. Unità di massa atomica in Wikipedia

5. Mole (unità) in Wikipedia

6. Massa atomica in wikipedia

7. Massa molecolare in wikipedia

8. Massa molare in Wikipedia

9. Ciò che ci è stato insegnato nei corsi di chimica di base