Mool — SI-ühik, definitsioon, Avogadro arv ja kasutus keemias
Mõista mooli tähendust: SI-ühik, Avogadro arv 6,022×10^23, massiühikud ja mooli kasutus keemias — selged näited ja praktilised selgitused.
Mool (lühendiga mol) on SI-süsteemi baasühik, mida kasutatakse osakeste — näiteks aatomite, molekulide, ioonide või elektronide — arvu väljendamiseks. Üks mool sisaldab täpselt 6,02214076×1023 sama liiki osakest (see konstant nimetatakse Avogadro arvuks) — seega tähendab üks mool näiteks 6,02214076×1023 viinamarja, kui räägitakse viinamarjadest.
Definitsioon ja tähis
Mooli tähistatakse sümboliga mol. Suhtelise lihtsusega väljendatuna annab mool ülevaate osakeste arvust ilma, et peaksime lugema iga üksikut osakest. Mooli ja Avogadro arvu kasutatakse keemias ja füüsikas selleks, et siduda osakeste arv makroskoopsete suurustega (mass, ruumala, kontsentratsioon).
2019. aasta määratlus ja ajalugu
Ajalooliselt seostati Avogadro arvu süsiniku isotoobi abil: see on ligikaudu isotoobi süsiniku aatomite arv 12 grammis süsinik-12-s. Alates SI ühikute taaskirjeldusest 2019. aastal on Avogadro konstant määratletud täpselt kui 6,02214076×1023 mol−1, mistõttu üks mool sisaldab täpselt selle arvu elementaarosakesi.
Seos massi ja aatommassiga
Kuna erinevatel aatomitel ja molekulidel on erinev mass, ei ole ühe mooli mass alati sama — see sõltub osakeste iseloomust. Aatomi või molekuli mass väljendatakse sageli ühikutes u (unified atomic mass unit), mida nimetatakse ka amu või daltoniks (Da). Üks ühik (1 u) on määratletud kui 1/12 süsiniku-12 aatomi massist ning see võrdub numbriliselt 1 grammi mooli kohta:
- 1 u = 1 g·mol−1
- Niisiis, kui aatomi mass on 1 u, siis ühe sellise aatomi üks mool kaalub 1 grammi.
Molaarsus (moolimass) M väljendab, kui palju gramme kaalub üks mool ainet; selle ühik on g·mol−1. Näiteks vee (H2O) moolimass on ligikaudu 18,015 g·mol−1, seega üks mool vee molekule kaalub ~18,015 grammi.
Kasutus keemias ja arvutamisel
Keemias on mool hädavajalik reaktsioonistika ja stoihhiomeetria väljendamiseks. Keemilise reaktsiooni võrrandis antud koefitsiendid viitavad sageli moolsuhetele — need ütleksid, mitu mooli iga ühendit reageerib või tekib. Mõningad kasulikud seosed ja valemid:
- N (osakeste arv) = n (moolide arv) × NA (Avogadro arv)
- n = N / NA
- mass (m, grammides) = n (moolides) × M (g·mol−1)
Nende seoste abil saab arvutada näiteks, kui palju gramme aine osakesi vastab antud arvule osakestest või kui palju osakesi on teatud massis ainet.
Näited ja suuruse tunnetus
Avogadro arv on äärmiselt suur, mistõttu on seda raske sõnadega kirjeldada; mugavam on kasutada teaduslikku kirjutust (nt 6,022×1023). Mõned praktilised võrdlused:
- Üks mool vett (H2O) sisaldab 6,02214076×1023 vesimolekuli ja kaalub umbes 18,015 grammi.
- Kui keskmine viinamari kaalub ~5 grammi, siis üks mool viinamarju kaaluks umbes 3,0×1021 kilogrammi — see on väga suur mass, kuid oluliselt väiksem kui Maa mass (~5,97×1024 kg).
- Tavalises 200 ml veeklaasis on umbes 11,1 mooli vett ehk ligikaudu 6,7×1024 vesimolekuli.
Lõppsõna
Mool ühendab mikro- ja makromaailma: tänu Avogadro konstandile saab lihtsasti teisendada osakeste arvu massiks ja vastupidi. See teeb mooli asendamatuks tööriistaks keemilistes arvutustes, laboritöödes ja materjaliteaduses.
Matemaatika koos molekuliga
Moolid = mass (g) / suhteline mass (grammi mooli kohta)
Näide: Mitu mooli on 20 grammi vesinikku?
Vesiniku suhtelise massi puhul võib kasutada väärtust 1, kuigi õige väärtus on veidi suurem. Niisiis: moolid = mass/relatiivne mass = 20/1 = 20 mooli.
Moolid = kontsentratsioon (mol/dm3) x ruumala (dm3)
Näide: Mitu mooli on 100cm3 0,1M H2SO4?
1 dm3 on sama, mis 1000 cm3 , seega tuleb kuupsentimeetri väärtus jagada 1000-ga. 100/1000 x 0,1 = 0,01 mooli.
Metaanimolekul koosneb ühest süsinikuaatomist ja neljast vesinikuaatomist. Süsiniku mass on 12,011 u ja vesiniku mass on 1,008 u. See tähendab, et ühe metaanimolekuli mass on 12,011 u + (4 × 1,008u) ehk 16,043 u. See tähendab, et ühe mooli metaani mass on 16,043 grammi.
Muuli võib mõelda kahe erineva suurusega palli kotina. Üks kott sisaldab 3 tennisepalli ja teine 3 jalgpalli. Mõlemas kotis on sama palju palle, kuid jalgpallide mass on palju suurem. See on erinev viis asju mõõta. Moolid mõõdavad osakeste arvu, mitte massi. Seega on mõlemas kotis kolm mooli.
Mool on lihtsalt asjade arvu ühik. Teised levinud ühikud on tosin, mis tähendab 12, ja skoor, mis tähendab 20. Samamoodi viitab mool konkreetsele kogusele - selle eristavaks tunnuseks on see, et selle arv on palju suurem kui teised tavalised ühikud. Selliseid ühikuid leiutatakse tavaliselt siis, kui olemasolevad ühikud ei suuda midagi piisavalt lihtsalt kirjeldada. Keemilised reaktsioonid toimuvad tavaliselt erineva massiga molekulide vahel, mis tähendab, et massi mõõtmine (näiteks grammides) võib olla eksitav, kui võrrelda üksikute molekulide reaktsioone. Teisest küljest oleks ka aatomite/molekulide/ioonide absoluutarvu kasutamine segadust tekitav, sest tohutu arvu tõttu oleks liiga lihtne väärtust valesti paigutada või numbrit ära jätta. Seega võimaldab moolides töötamine teadlastel viidata konkreetsele molekulide või aatomite hulgale, ilma et nad kasutaksid liiga suuri numbreid.
Seotud üksused
Molaarse kontsentratsiooni SI-ühikud on mol/m3. Enamasti kasutatakse keemilises kirjanduses siiski mol/dm3 või mol dm-3, mis on sama, mis mol/L. Neid ühikuid kirjutatakse sageli suure M-tähega (hääldatakse "molaarne"), millele mõnikord eelneb SI-eeskiri, näiteks millimool liitri kohta (mmol/L) või millimolaarne (mM), mikromool/l (µmol/L) või mikromolaarne (µM) või nanomool/l (nmol/L) või nanomolaarne (nM).
Keemilise reaktsiooni absoluutne saagis esitatakse enamasti moolides (nn "molaarne saagis").
Küsimused ja vastused
K: Mis on SI-ühik, mida kasutatakse molekulide ja aatomite mõõtmiseks?
V: Molekulide ja aatomite mõõtmiseks kasutatav SI-ühik on mol.
K: Mitu molekuli on ühes moolis?
V: Üks mool sisaldab umbes 600 kuutsiljonit molekuli.
K: Miks kasutavad teadlased seda arvu?
V: Teadlased kasutavad seda arvu, sest 1 gramm vesinikku vastab 1 moolile aatomitele.
K: Mis on ühe mooli täpne väärtus?
V: Ühe mooli täpne väärtus on 6,02214078×1023, mis sai nime selle leiutaja Avogadro järgi.
K: Kas enamikku ülesandeid on otstarbekas mõõta moolide abil?
V: Ei, enamiku ülesannete mõõtmine mooliga ei ole otstarbekas, sest see väärtus on nii suur, et üks mool oleks sama suur kui Maa.
K: Kuidas mõõdetakse erinevaid molekule ja aatomeid?
V: Erinevaid molekule ja aatomeid mõõdetakse amu (aatommassiühikutes).
K: Kuidas on amu seotud grammide ja mooliga? V: Üks amu on võrdne ühe grammiga mooli kohta, mis tähendab, et kui aatomi mass on üks amu, siis kaalub selle aatomi üks mool üks gramm.
Otsige