Muldvarp

muldvarp
Standard	Basisenheder i det internationale system
Størrelse	mængde stof
Symbol	muldvarp
Ækvivalenser
Antal:	1 mol = 6.022 140 76 × 10 23 elementære enheder

Muldvarpen (symbol: mol ) er den enhed, der bruges til at måle mængden af ​​stof ​, en af ​​de syv grundlæggende fysiske størrelser af det internationale system af enheder .

I ethvert stof ( kemisk grundstof eller forbindelse ) og i betragtning af på samme tid en bestemt type elementære enheder, der udgør det, er molen, symbolet mol, SI -enheden for mængden af ​​stof. En muldvarp indeholder nøjagtigt 6.022 140 76 × 10 ²³ elementære enheder. Dette tal er den faste numeriske værdi af Avogadros konstant , når det udtrykkes i enheden mol ^-1 , og kaldes Avogadros tal.

Mængden af ​​stof, symbol n, i et system er et mål for antallet af specificerede elementære enheder. En elementær enhed kan være et atom, molekyle, ion, elektron, enhver anden partikel eller specificeret gruppe af partikler. Som en konsekvens af definitionen af ​​muldvarpen har Avogadros konstant og Avogadros tal ikke længere en eksperimentel usikkerhed i SI. ]

Før 2019 blev en muldvarp defineret som mængden af ​​det stof, der indeholder lige så mange elementære enheder af den type, der betragtes som der er atomer i tolv gram kulstof-12 . Denne definition præciserer ikke, hvilken mængde stof refererer til, og dens fortolkning er genstand for debat, selvom det normalt tages for givet, at det refererer til antallet af enheder, hvilket synes at blive bekræftet af forslaget, der fra 2011 definitionen er baseret direkte på Avogadros tal (svarende til hvordan måleren defineres ud fra lysets hastighed ). ]

Diagram, der viser forholdet mellem molen, molmassen , massen i gram , antallet af partikler , molariteten af ​​en opløsning , den ideelle gaslovsligning for tilstand og Avogadros tal .

Antallet af elementære enheder - atomer, molekyler , ioner , fotoner , elektroner , radikaler eller andre partikler eller specifikke grupper af disse - der findes i et mol stof er per definition en konstant, der ikke afhænger af materialet eller typen af partikel overvejet.. Denne mængde kaldes Avogadros tal ₍ NA ) ​ og er lig med:

${\rm {1\,mol=6.022\.140\.76\,\cdot 10^{23}\elementary\;enheder}}$ ]

Begrebet muldvarp er af vital betydning i kemien, da det blandt andet giver mulighed for at lave utallige støkiometriske beregninger, der angiver forholdet mellem reaktanter og produkter i kemiske reaktioner. For eksempel: ligningen, der repræsenterer dannelsesreaktionen af ​​vand 2 H ₂ + O ₂ → 2 H ₂ O , antyder, at to mol hydrogen (H ₂ ) og et mol oxygen (O ₂ ) reagerer og danner to mol vand ₍ H2O ).

En anden anvendelse, der bør nævnes, er dens anvendelse til at udtrykke koncentrationen i den såkaldte molaritet , der defineres som mol af opløst forbindelse pr. liter opløsning og molmassen , som beregnes takket være dens ækvivalens med atommassen; faktor af afgørende betydning for at gå fra muldvarp til gram.

Volumenet af en gas afhænger af trykket, temperaturen og antallet af molekyler i gassen. Forskellige gasser under de samme forhold har den samme kinetiske energi. Derfor vil to forskellige gasser, der har samme temperatur og tryk, optage samme volumen. Hvoraf det følger, at hver af dem skal indeholde det samme antal molekyler. Og da et mol indeholder N _A -molekyler, vil et mol af enhver gas have samme volumen som et mol af enhver anden gas, alt andet lige.

Eksperimentelt er det blevet bestemt, at volumenet optaget af et mol af enhver gas er 22,4 liter under standardbetingelser. Dette volumen kaldes gassens molære volumen . Molarvolumenet er en terning, hvis kanter måler mere eller mindre 28,2 cm.

Historie

Et mol gas fylder 22,4 liter.

I betragtning af den ekstremt lille størrelse af de grundlæggende enheder og deres uhyre store antal, er det umuligt at tælle partiklerne individuelt i en prøve. Dette førte til udviklingen af ​​metoder til at bestemme disse mængder hurtigt og nemt.

Den første tilgang var den af ​​Joseph Loschmidt , der forsøgte at kvantificere antallet af molekyler i en kubikcentimeter af gasformige stoffer under normale tryk- og temperaturforhold.

Kemikere i det 19. århundrede brugte en vægtbaseret metode som reference og besluttede at bruge massestandarder, der indeholdt det samme antal atomer eller molekyler. Da mængder af rækkefølgen af ​​gram generelt bruges i laboratorieforsøg, definerede de udtrykkene ækvivalent , gram-atom, gram-molekyle, gram-formel , osv., udtryk, der ikke længere bruges, erstattet af muldvarpen.

Senere defineres muldvarpen ud fra Avogadros antal .

Amadeo Avogadro blev født den 9. juni 1776 i Torino, Italien. Ligesom sin far studerede han jura og praktiserede i tre år. Men hans sande kald blev fundet i videnskaberne, som han dedikerede sig til at undervise i fysik på Vercelli Lyceum og senere ved Universitetet i Torino.

Inspireret af Gay-Lussacs lov , der angiver udvidelsen af ​​gasser på grund af temperaturens effekt, mente han, at hvis man for eksempel har to forskellige volumener af gasser og tilfører den samme mængde varme, går de to volumener til at udvide sig. i samme grad. Og ud fra dette ræsonnement spekulerede han i, at dette kan skyldes, at det samme antal partikler er indeholdt i lige store mængder gasser.

Set på en anden måde fastslår hypotesen foreslået af Avogadro, at alle gasser i lige volumen, tryk og temperatur indeholder det samme antal atomer eller molekyler. Denne udtalelse blev offentliggjort i Journal de Physique i 1811. Denne artikel påpegede, at partiklerne ikke nødvendigvis var individuelle atomer, men at disse kunne kombineres og danne det, han kaldte molekyler. Denne begrundelse betød et stort fremskridt i forståelsen af ​​gassers natur:

1. Det var en rationel forklaring på Gay-Lussacs lov.
2. Det gav en metode til at bestemme de molære masser af gasser og også til at sammenligne deres tætheder.
3. Det gav et solidt grundlag for udviklingen af ​​den kinetisk-molekylære teori.

Det skal dog præciseres, at hans idé i begyndelsen ikke blev taget med stor betydning, da den var i modsætning til andre teorier fra tiden, såsom at udtænke diatomiske gasser. For hvilket Avogadros teori blev ignoreret i næsten et halvt århundrede.

Over tid hældede beviserne til fordel for Avogadros hypotese. Med efterfølgende forskning baseret på røntgenbrydning og teknikker såsom elektrolyse , blev det muligt endda at beregne antallet af molekyler (H ₂ ) i to gram brint, hvilket giver det ejendommelige tal 6.022 141 29 (30) ×  10 ²³ , som er kendt som Avogadros nummer.

Udtrykket muldvarp blev introduceret af Wilhelm Ostwald i 1886, som tog det fra det latinske muldvarp , som betyder bunke, bunke.

Endelig blev begrebet muldvarp forenet i 1971 på den XIV konference om vægt og mål i Paris, hvor muldvarpen blev defineret som en af ​​de 7 grundlæggende enheder i det internationale system, og ligeledes blev den vedtaget af kontorstandarder i USA og i IUPAC, defineret som følger:

Muldvarpen er SI-enheden til at måle mængden af ​​stof; som indeholder lige så mange elementarpartikler, som der er kulstofatomer i 0,012 kg kulstof-12 . Enheden skal specificeres og kan være et atom, et molekyle, en ion, en elektron osv.

Fra den 16. november 2018 blev definitionen af ​​muldvarpen og dens mønster ændret fra at være antallet af kulstofatomer til stede i 0,012 kg kulstof-12 til antallet af atomer til stede i en perfekt kugle af silicium, hvis masse er 0,028085 kg .

Forklaringer

Da et mol molekyler svarer til 2 gram brint, vil et mol H-atomer så være et gram af dette grundstof. ${\ce {H2}}$

For at undgå uklarheder, er det i tilfælde af makroelementære stoffer tilrådeligt at angive, når det er nødvendigt, om det er atomer eller molekyler. For eksempel: "et mol nitrogenmolekyler" ( ) svarer til 28 g nitrogen. Eller, generelt, specificer typen af ​​partikler eller elementære enheder, som det refererer til. ${\ce {N2}}$

Muldvarpen kan påføres partikler, som den har i sig selv, herunder fotoner, hvis "hvilemasse" er nul. I dette tilfælde kan sammenligninger baseret på masse ikke foretages.

I ionforbindelser kan molekonceptet også bruges, selvom de ikke er opbygget af diskrete molekyler. I så fald er muldvarpen ækvivalent med gram-formel-leddet. For eksempel: 1 mol (58,5 g) indeholder N _A - ioner og N _A - ioner , hvor N _A er Avogadros tal. ${\ce {NaCl}}$${\ce {Na+}}$${\ce {Cl-}}$

For eksempel for vandmolekylets tilfælde

• Det er kendt, at der i et molekyle er to brintatomer og et oxygenatom.${\ce {H2O}}$
• Dens Mr(H ₂ O) = 2 × Ar(H) + Ar(O) = 2 × 1 + 16 = 18 kan beregnes, dvs. Mr(H ₂ O) = 18 .
• Beregn den absolutte molekylmasse = 18 × 1,66 × 10 ^-24  g = 2,99 × 10 ^-23  g.
• Dens molære masse er kendt = M(H ₂ O) = 18 g/mol (1 mol H ₂ O indeholder 18 g, dannet af 2 g H og 16 g O).
• I et mol vand er der 6,02214076 × 10 ²³ molekyler H ₂ O, mens:
• I et mol vand er der 2 × 6,02214076 × 10 ²³ H-atomer (eller 2 mol hydrogenatomer) og 6,02214076 × 10 ²³ O-atomer (eller 1 mol oxygenatomer).

Som det er blevet sagt, refererer en vis mængde stof udtrykt i mol til antallet af partikler (atomer, molekyler), der udgør det, og ikke til dets størrelse. Ligesom et dusin druer indeholder det samme antal frugter som et dusin vandmeloner, har et mol brintatomer det samme antal atomer som et mol blyatomer, uanset forskellen i størrelse og vægt mellem dem.

Ækvivalenser

Fra mol til gram baseret på atommasse

• 1 mol af et eller andet stof svarer til 6,02214076 × 10 ²³ elementære enheder.
• Massen af ​​et mol stof, kaldet molær masse , svarer til atom- eller molekylmassen (afhængigt af om et mol atomer eller molekyler er blevet overvejet) udtrykt i gram.
• 1 mol idealgas optager et volumen på 22,4  l ved 0 °C temperatur og 1  atm tryk; og 22,7 l, hvis trykket er 1 bar (0,9869 atm).
• Antallet n af mol atomer (eller molekyler i tilfælde af en forbindelse) til stede i en mængde stof med massen m er:

$n={\frac {m}{M_{r}}}$

hvor M _r er den relative molære masse, også kaldet den relative molekylmasse.

Se også

• universel ideel gaskonstant
• støkiometri
• molekylær fysik
• Molar masse
• molalitet
• molaritet
• Avogadros nummer
• atomvægt

• atommasseenhed

• molært volumen

Eksterne links

• Wiktionary har definitioner og anden information om muldvarp .
• Wikibooks har en bog eller manual om Mole-konceptet .