Mol

Identitatea unei substanțe este definită nu numai de tipurile de atomi sau de ioni pe care îi conține, ci și de cantitatea fiecărui tip de atom sau ion. De exemplu, apa, H2O și peroxidul de hidrogen, H2O2, sunt similare prin aceea că moleculele lor respective sunt compuse din atomi de hidrogen și oxigen. Cu toate acestea, deoarece o moleculă de peroxid de hidrogen conține doi atomi de oxigen, spre deosebire de molecula de apă, care are doar unul, cele două substanțe prezintă proprietăți foarte diferite. Astăzi, instrumentele sofisticate permit măsurarea directă a acestor trăsături microscopice definitorii; totuși, aceleași trăsături au fost derivate inițial din măsurarea proprietăților macroscopice (masele și volumele cantităților în vrac de materie) folosind instrumente relativ simple (balanțe și sticle volumetrice). Această abordare experimentală a necesitat introducerea unei noi unități pentru cantitatea de substanțe, molul, care rămâne indispensabilă în știința chimică modernă.

Molul este o unitate de cantitate similară cu unitățile familiare, cum ar fi pereche, duzină, total etc. Oferă o măsură specifică a numărului de atomi sau molecule dintr-o probă de materie. O conotație latină pentru cuvântul „mol” este „masă mare” sau „vrac”, ceea ce este în concordanță cu utilizarea sa ca nume pentru această unitate. Molul oferă o legătură între o proprietate macroscopică ușor de măsurat, masa în vrac, și o proprietate fundamentală extrem de importantă, numărul de atomi, molecule și așa mai departe. Un mol de substanță este acea cantitate în care există 6,02214076 × 10²³ entități discrete (atomi sau molecule). Acest număr mare este o constantă fundamentală cunoscută sub numele de numărul lui Avogadro (N_A) sau constanta Avogadro, în onoarea savantului italian Amedeo Avogadro. Această constantă este raportată în mod corespunzător cu o unitate explicită „per mol”, o versiune rotunjită convenabil fiind 6,022 × 10²³/mol.

În conformitate cu definiția sa ca unitate de cantitate, 1 mol din orice element conține același număr de atomi ca 1 mol din orice alt element. Masele unui mol de elemente diferite sunt însă diferite, deoarece masele atomilor individuali sunt drastic diferite. Masa molară a unui element (sau compus) este masa în grame a unui mol a acelei substanțe, o proprietate exprimată în unități de grame pe mol (g/mol) (vezi Figura 3.5).

Moli — Credit: modificarea lucrării lui Mark Ott

Figura 3.5 Fiecare probă conține 6,022 × 10²³ atomi — 1,00 mol de atomi. De la stânga la dreapta (rândul de sus): 65,4 g zinc, 12,0 g carbon, 24,3 g magneziu și 63,5 g cupru. De la stânga la dreapta (rândul de jos): 32,1 g sulf, 28,1 g siliciu, 207 g plumb și 118,7 g staniu.

Masa molară a oricărei substanțe este echivalentă numeric cu greutatea sa atomică sau a formulei în uam. Conform definiției uam, un singur atom de ¹²C cântărește 12 uam (masa sa atomică este de 12 uam). Un mol de ¹²C cântărește 12 g (masa sa molară este de 12 g/mol). Această relație este valabilă pentru toate elementele, deoarece masele lor atomice sunt măsurate în raport cu cea a substanței în uam de referință, ¹²C. Extinzând acest principiu, masa molară a unui compus în grame este, de asemenea, echivalentă numeric cu masa sa din formula în uam (Figura 3.6).

Figura 3.6 Fiecare probă conține 6,022 × 10²³ molecule sau unități de formulă — 1,00 mol de compus sau element. În sensul acelor de ceasornic din stânga sus: 130,2 g de C₈H₁₇OH (1-octanol, masă formulei 130,2 uam), 454,4 g de HgI₂ (iodură de mercur(II), masa formulei 454,4 uam), 32,0 g de CH₃OH (metanol, masa formulei 32,0 uam) și 256,5 g de S₈ (sulf, masa formulei 256,5 uam).

Element	Masa atomică medie (uam)	Masa molară (g/mol)	Atomi/mol
C	12,01	12,01	6,022 × 10²³
H	1,008	1,008	6,022 × 10²³
O	16,00	16,00	6,022 × 10²³
Na	22,99	22,99	6,022 × 10²³
Cl	35,45	35,45	6,022 × 10²³

În timp ce masa atomică și masa molară sunt echivalente numeric, rețineți că ele sunt foarte diferite în ceea ce privește scara, așa cum este reprezentată de marea diferență în mărimile unităților lor respective (uam versus g). Pentru a aprecia enormitatea molului, luați în considerare o picătură mică de apă cântărind aproximativ 0,03 g (vezi Figura 3.7). Deși aceasta reprezintă doar o mică fracțiune de 1 mol de apă (~18 g), conține mai multe molecule de apă decât se poate imagina în mod clar. Dacă moleculele ar fi distribuite în mod egal între cele aproximativ șapte miliarde de oameni de pe pământ, fiecare persoană ar primi mai mult de 100 de miliarde de molecule.

Figura 3.7 Numărul de molecule dintr-o singură picătură de apă este de aproximativ 100 de miliarde de ori mai mare decât numărul de oameni de pe pământ. (Credit: „Pixabay)

Relațiile dintre masa formulei, mol și numărul lui Avogadro pot fi aplicate pentru a calcula diferite cantități care descriu compoziția substanțelor și compușilor, așa cum se demonstrează în următoarele câteva exemple de probleme.