Mikä on mooli?
Atomit ja molekyylit reagoivat yksi kerrallaan, mutta niitä ei voi laskea yksi kerrallaan. Mooli on kemian laskuyksikkö — tusina, skaalattuna 6,022×1023 kappaleeseen (Avogadron luku, NA), joka on määritelty tarkasti vuoden 2019 SI-uudistuksesta alkaen. Sen taikatemppu: yhden hiiliatomin paino on 12,011 atomimassayksikköä, ja yksi mooli hiiliatomeja painaa 12,011 grammaa — samat numerot, yksiköt vaihdettuna. Siksi moolimassa (g/mol) muuntaa välittömästi vaa'an massan ja reagoivien hiukkasten lukumäärän välillä, ja juuri siinä stoikiometria on kokonaisuudessaan.
Yksi sääntö muistettavaksi: mooli laskee hiukkasia, ei massaa. Yksi mooli jokaista ainetta sisältää saman määrän molekyylejä — mutta niiden painot ovat yhtä erilaisia kuin aineet itsekin.
Jaksollinen järjestelmä on massaluettelo
Jokaisen alkuaineen solu jaksollisessa järjestelmässä sisältää keskimääräisen atomimassansa; summaa ne kaavayksikköä kohti, ja saadaan moolimassan. Esimerkki, Ca3(PO4)2 (kalsiumfosfaatti), jäsentyy muotoon 3 Ca + 2 P + 8 O = 3(40,078) + 2(30,974) + 8(15,999) = 310,174 g/mol, ja paneeli eritellee kunkin alkuaineen grammaosuuden vierellään. Sulkeet kertovat kaiken sisällään, ja pisteen merkki CuSO4·5H2O:ssa lisää viisi kiteytymisvettä päälle — molemmat hoitaa sama jäsennin. Vesien laskeminen on tärkeää: CuSO4·5H2O on ≈ 249,7 g/mol, ei ≈ 159,6.
Prosenttikoostumus
Jaa kunkin alkuaineen massaosuus moolimassalla, ja saadaan sen massaprosentin — luvun, jonka ravintomerkintä tai lannoitepussi painaa (“P2O5-lähde, 20 % P”). Vesi on klassinen esimerkki: H antaa 2(1,008) = 2,016 g ja O 15,999 g per 18,015 g, joten vesi on massan mukaan 11,19 % vetyä ja 88,81 % happea — muistutus siitä, että “enimmäkseen vetyä” atomimäärällä on aivan eri asia kuin painon mukaan.
Empiirinen vs molekyylikaava
Empiirinen kaava on pienin kokonaislukusuhde atomien välillä (CH2O); molekyylikaava on molekyylin todellinen lukumäärä (C6H12O6, glukoosi — kuusi kopiota samasta suhteesta). Palamisanalyysi antaa massaprosentit; niiden muuntaminen kulkee moolien kautta: esimerkin 40,00 % C, 6,71 % H ja 53,29 % O muuttuu muotoon 3,330 : 6,657 : 3,331 mol, mikä jakautuu siistiksi 1 : 2 : 1 -suhteeksi — CH2O, empiirinen massa 30,026 g/mol. Siirtyäkseen empiirisestä molekyylikaavaan tarvitaan moolimassan: n = 180,16 ÷ 30,026 = 6,000, joten molekyyli on (CH2O)6. Monet aineet (vesi, ammoniakki, CO2) ovat jo n = 1 -tilassa, jossa kaksi kaavaa yhtyvät.
Grammat, moolit, hiukkaset
Mooli/gramma/hiukkanen-paneeli käy koko kolmion läpi kerralla: esimerkki muuntaa 18,015 g vettä täsmälleen 1,000000 molaksi ja 6,022×1023 molekyyliksi — ja koska jokaisessa H2O:ssa on kolme atomia, 1,807×1024 atomia. Tämä kolmio on moottori jokaiselle stoikiometriatehtävälle Yhtälön tasapainottaja -sivulla ja jokaiselle molaarisuudelle Liuokset-sivulla.
Yleisiä väärinkäsityksiä
- Mooli mitä tahansa painaa suunnilleen saman. Mooli laskee hiukkasia; yksi mooli H2:ta on 2 g, yksi mooli kultaa on 197,0 g — sama määrä, aivan eri massa.
- Prosentit muuntuvat suoraan alaindekseiksi. Ne on ensin jaettava atomimassalla (moolit) — vedyn 6,71 % tuo enemmän atomeja kuin hapen 53,29 %, juuri siksi, että H-atomit ovat niin kevyitä.
- Molekyylikaava on aina empiirisen suurempi versio. Vain kun n > 1. H2O:lle kaksi ovat samat, ja molekyylipaneelin n = 1,000 -tapaus on tavallinen.
- Atomimassat ovat tarkkoja kokonaislukukertoja amu:ja. Listatut arvot ovat isotooppien runsauspainotettuja keskiarvoja — kloorin 35,45 g/mol on 35-Cl:n ja 37-Cl:n seos.
Aiheeseen liittyvät työkalut: Jaksollinen järjestelmä (sivun summaamat atomimassat), Yhtälön tasapainottaja (moolin varaan rakennettu stoikiometria) ja Liuokset (moolit litrassa).
