Χημεία Α Λυκείου - 4.1 Mol & Αριθμός Avogadro

Η ύλη μετριέται με δύο τρόπους. Με βάση

τη μάζα της ή αριθμώντας τις δομικές της

μονάδες. Τα άτομα, τα μόρια και τα

ιόντα. Στη χημία η κατανόηση μιας

αντίδρασης προκύπτει αποκλειστικά από

τον δεύτερο τρόπο. Την ακριβή

καταμέτρηση αυτών των σωματιδίων. Μια

χημική εξίσωση όπως η σύνθεση του νερού

επιβάλλει μια αυστηρή μαθηματική

αναλογία. Δύο μόρια υδρογόνου πρέπει να

αντιδράσουν με ένα μόριο οξυγόνου. Η

επιτυχία της αντίδρασης βασίζεται σε

αυτόν τον αριθμητικό συνδυασμό, όχι σε

τυχαίες ποσότητες μάζας. Σε μικροσκοπικό

επίπεδο ο αριθμός αυτών των σωματιδίων

είναι αστρονομικός. Εκατομμύρια

τρισεκατομμυρίων μόρια συγκρούονται και

δονούνται ακατάπαυστα καθιστώντας την

άμεση καταμέτρησή τους αδύνατη. Παρόλο

που οι χημικοί γνωρίζουν τις θεωρητικές

αναλογίες που απαιτούνται, η φυσική

πραγματικότητα ενός εργαστηρίου δεν

επιτρέπει τον εντοπισμό μεμονωμένων

ατόμων. Υπάρχει ένα χάσμα ανάμεσα στη

μαθηματική θεωρία και την πρακτική

εκτέλεση. Για να επιλυθεί αυτό το

παράδοξο, το διεθνές σύστημα μονάδων SI

καθιέρωσε μια νέα θεμελιώδη μονάδα

μέτρησης για την ποσότητα της ουσίας. Η

μονάδα αυτή είναι το MO. Λειτουργεί ως

ένας σταθερός μετατροπέας που επιτρέπει

στον χημικό να υπολογίζει τον πληθυσμό

των ατόμων χρησιμοποιώντας μετρήσιμα

μεγέθη όπως το βάρος. Χωρίς το MOΛ, οι

ποσωτικοί υπολογισμοί στη χημία θα

παρέμεναν περιορισμένοι στο επίπεδο της

θεωρίας, χωρίς δυνατότητα εφαρμογής σε

πραγματικά πειράματα.

Η ετυμολογία της λέξης MOL βρίσκεται στη

λατινική λέξη Mόλες, η οποία περιγράφει

έναν τεράστιο σωρό από πέτρες, όπως

αυτές που σχηματίζουν έναν

λιμενοβραχίωνα.

Για να χρησιμοποιηθεί αυτή η έννοια του

σορού στην επιστήμη έπρεπε να οριστεί

ένα απόλυτο πρότυπο μέτρησης.

Ως ένα mλ ορίστηκε η ποσότητα της ύλης

που περιέχει ακριβώς τόσα σωματίδια όσα

είναι τα άτομα που υπάρχουν σε 12 g του

ισοτόπου άνθρακα 12. Η πειραματικά

υπολογισμένη τιμή αυτής της ποσότητας

είναι το 6,02*

1023η.

Αυτός ο αριθμός αποτελεί τον σταθελό

συντελεστή κλίμακας για κάθε μορφή ύλης

στο σύμπαν. Η σταθερά αυτή φέρει το

όνομα του ιταλού επιστήμονα Αμετέο

Αβογκάντρο, ο οποίος έθεσε τις βάσεις

για την κατανόηση της συμπεριφοράς των

μωρίων. Παρά την ονομασία του, ο ακριβής

προσδιορισμός της τιμής 6,025

φοη

επιτεύχθηκε αργότερα μέσω των

πειραματικών μετρήσεων του Αυστριακού

καθηγητήan Los Smith. Ο αριθμός του

avogadτρο αποτελεί τον απαραίτητο

πολλαπλασιαστή που μετατρέπει το

θεωρητικό ατομικό βάρος σε πραγματική

μετρήσιμη μάζα στο εργαστήριο. Για να

αντιληφθούμε αυτό το μέγεθος, ας το

συγκρίνουμε με ένα οικονομικό μέγεθος,

τις δραχμές. Φανταστείτε ότι κερδίζετε

τον αριθμό αβοκάντρο σε δραχμές τη

στιγμή που γεννιέστε και αποφασίζετε να

ξοδεύετε ένα δισεκατομμύριο δραχμές κάθε

δευτερόλεπτο. Ακόμη και με αυτόν τον

ρυθμό, αν φτάνατε στην ηλικία των 90

ετών, θα είχατε ξοδέψει λιγότερο από το

0,001%

της αρχικής περιουσίας. Το mall

λειτουργεί όπως η ιντουζίνα στο εμπόριο.

Είναι μια σταθερή μονάδα ομαδοποίησης

που παραμένει η ίδια. Ανεξάρτητα από το

αν μετράμε αυγά ή άτομα. Η εφαρμογή

είναι καθολική. Μλ ατόμων περιέχει να

άτομα. 1 mλ μορίων περιέχει na μόρια και

1λ ιόντων περιέχει na ιόντα. Αυτή η

μέθοδος επινοήθηκε για να ομαδοποιεί τις

μικροσκοπικές οντότητες σε ενιαίες

μακροσκοπικές παρτίδες που ο άνθρωπος

μπορεί να χειριστεί με ευκολία. Στην

πράξη ίσαλ διαφορετικών ουσιών όπως η

ζάχαρη, το αλάτι ή ο χαλκός

καταλαμβάνουν διαφορετικό χώρο και έχουν

διαφορετικό βάρος παρόλο που περιέχουν

τον ίδιο αριθμό σωματιδίων. Ο κανόνας

είναι απλός. 1να μόλ ατόμων ζυγίζει σε

γραμμάρια όσο η σχετική ατομική του

μάζα. Για το οξυγόνο σημαίνει ότι 6,02*

10 εις 23η άτομα ζυγίζουν 16 g. Στις

ενώσεις χρησιμοποιούμε τη μοριακή μάζα.

Mλ νερού με MR1 αντιστοιχεί σε 18 g.

Διερώντας τη μάζα ενός μολ υδρογόνου με

τον αριθμό αβογάντρο, προκύπτει η μάζα

ενός μόνο ατόμου. Το ίδιο ισχύει σε

σύνθετα μόρια. Για το θυικό οξύ να MR98,

ένα μόριο ζυγίζει 98 g δια του αριθμού

αβογκάντρο. Η ανάλυση του μοριακού τύπου

δείχνει ότι 1λ θυικού οξέίως αποτελείται

από 2 μλ ατόμων υδρογόνου, 1λ θείου και

4μ οξυγόνου. Οι τιμές της σχετικής

ατομικής και μοριακής μάζας επιτρέπουν

στον χημικό να μεταφράζει έναν θεωρητικό

χημικό τύπο σε συγκεκριμένα γραμμάρια

πάνω στον ζυγό του εργαστηρίου.

Στα στερεά μετράμε μάζα, αλλά στα αέρια

μετράμε τον όγκο τους. Κοιτώντας το

εσωτερικό τριών διαφορετικών αερίων υπό

τις ίδιες συνθήκες, παρατηρούμε ότι ο

αριθμός και η κατανομή των σωματιδίων

παραμένουν ταυτώσιμα ανεξάρτητα από το

μέγεθος των μορίων. Το 1811 ο Αβοκάν

μελέτησε την αναλογία των όγκων στα

αέρια που αντιδρούν, οδηγούμενος στην

πρώτη σαφή διάκριση μεταξύ των ατόμων

και των μορίων. Η αρχή του ορίζει ότι οι

όγκοι αερίων στις ίδιες συνθήκες

θερμοκρασίας και πίεσης περιέχουν τον

ίδιο ακριβή αριθμό μωρίων. Εφόσον ένα

μόλο οποιουδήποτε αερίου περιέχει πάντα

εννέη μόρια, προκύπτει ότι κάθε αέριο θα

καταλαμβάνει τον ίδιο ακριβώς όγκο υπό

τις ίδιες συνθήκες. Αυτός είναι ο

γραμμοριακός όγκο. Σε πρότυπες συνθήκες

πίεσης και θερμοκρασίας ο όγκος ενός μόλ

οποιουδήποτε αερίου ισούται με 22,4 L.

Σε αυτές τις συνθήκες ο χώρος του αερίου

εξαρτάται αποκλειστικά από τον αριθμό

των σωματιδίων του. Η χημική ταυτότητα

του αερίου δεν επηρεάζει τον όγκο του.

Αυτό το σχήμα συνοψίζει τη δομή της

ύλης. Συνδέει τις τρεις θεμελιώδεις

ιδιότητες, τη μάζα, τον αριθμό των

σωματιδίων και τον όγκο. με το mall να

αποτελεί τον κεντρικό σύνδεσμο. Η πρώτη

διαδρομή συνδέει το mall με τη μάζα

χρησιμοποιώντας ως συντελεστές τις

σχετικές μάζες RA και MR. Η δεύτερη

διαδρομή οδηγεί από το MOL στον συνολικό

πληθυσμό των σωματιδίων μέσω του αριθμού

αβογάντρο. Η τρίτη διαδρομή συνδέει το

mall με τον όγκο των αερίων μέσω της

σταθεράς των 22,4 L. Το MOΛ επιτρέπει

στον επιστήμονα να μετακινείται με

ακρίβεια από την ποσότητα σε γραμμάρια

που βλέπει στον ζυγό του στον αριθμό των

ατομικών αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν

στο εσωτερικό της ύλης. Η καθιέρωση του

MOΛ ενοποίησε τα θεωρητικά μοντέλα της

ατομικής θεωρίας με την πειραματική

πραγματικότητα, καθιστώντας τη σύγχρονη

χημία μια επιστήμη απόλυτης ακρίβειας.

Αν σου άρεσε το βίντεο, άφησε ένα like,

κάνε εγγραφή στο κανάλι και γράψε ένα

σύντομο σχόλιο για ανάλογα θέματα.