Mol là gì?
Nguyên tử và phân tử phản ứng từng cái một, nhưng không ai có thể đếm chúng từng cái một. Mol là đơn vị đếm của hóa học — một tá, được phóng đại lên 6,022×1023 đơn vị (số Avogadro, NA), được định nghĩa chính xác từ bản sửa đổi SI năm 2019. Mẹo của nó: một nguyên tử carbon nặng 12,011 đơn vị khối lượng nguyên tử, và một mol nguyên tử carbon nặng 12,011 gam — cùng các chữ số, chỉ đổi đơn vị. Vì vậy khối lượng mol (g/mol) chuyển tức thì giữa khối lượng trên cân và số hạt phản ứng, đó là toàn bộ công việc của hóa lượng.
Quy tắc duy nhất cần nhớ: một mol đếm hạt, không đếm khối lượng. Một mol của mọi chất đều chứa cùng số phân tử — nhưng trọng lượng của chúng khác nhau nhiều như bản thân các chất.
Bảng tuần hoàn là một danh mục khối lượng
Ô của mỗi nguyên tố trong bảng tuần hoàn ghi khối lượng nguyên tử trung bình; cộng chúng theo từng đơn vị công thức là có khối lượng mol. Mẫu, Ca3(PO4)2 (canxi photphat), được phân tích thành 3 Ca + 2 P + 8 O = 3(40,078) + 2(30,974) + 8(15,999) = 310,174 g/mol, và bảng liệt kê đóng góp theo gram của từng nguyên tố bên cạnh. Dấu ngoặc nhân mọi thứ bên trong, và dấu chấm trong CuSO4·5H2O xếp chồng năm phân tử nước kết tinh lên trên — cả hai được xử lý bởi cùng một bộ phân tích. Đếm cả nước là quan trọng: CuSO4·5H2O là ≈ 249,7 g/mol, không phải ≈ 159,6.
Phần trăm thành phần
Chia đóng góp khối lượng của mỗi nguyên tố cho khối lượng mol và bạn có phần trăm khối lượng — con số mà nhãn dinh dưỡng hay bao phân bón ghi (“nguồn P2O5, 20% P”). Nước là mẫu kinh điển: H đóng góp 2(1,008) = 2,016 g và O đóng góp 15,999 g trên 18,015 g, nên nước chứa 11,19% hydro và 88,81% oxy theo khối lượng — nhắc rằng “phần lớn là hydro” theo số nguyên tử rất khác với theo trọng lượng.
Công thức thực nghiệm và công thức phân tử
Công thức thực nghiệm là tỷ lệ số nguyên nhỏ nhất của các nguyên tử (CH2O); công thức phân tử là số lượng thực tế trong phân tử (C6H12O6, glucose — sáu bản sao của cùng tỷ lệ). Phân tích đốt cháy cho bạn phần trăm khối lượng; đổi chúng đi qua mol: mẫu 40,00% C, 6,71% H, 53,29% O trở thành 3,330 : 6,657 : 3,331 mol, chia xuống thành tỷ lệ sạch 1 : 2 : 1 — CH2O, khối lượng thực nghiệm 30,026 g/mol. Để đi từ thực nghiệm lên phân tử, bạn cần khối lượng mol: n = 180,16 ÷ 30,026 = 6,000, nên phân tử là (CH2O)6. Nhiều chất (nước, amoniac, CO2) đã ở n = 1, nơi hai công thức trùng nhau.
Gram, mol, hạt
Bảng Mol/Gram/Hạt đi hết tam giác trong một lần: mẫu chuyển 18,015 g nước thành đúng 1,000000 mol và 6,022×1023 phân tử — và vì mỗi H2O có ba nguyên tử, là 1,807×1024 nguyên tử. Tam giác này là động cơ đằng sau mọi bài toán hóa lượng trên trang Máy cân bằng phương trình và mọi nồng độ mol trên trang Dung dịch.
Những hiểu lầm phổ biến
- Một mol của bất cứ thứ gì nặng gần như nhau. Mol đếm hạt; một mol H2 là 2 g, một mol vàng là 197,0 g — cùng số lượng, khối lượng khác nhau rất xa.
- Phần trăm chuyển thẳng thành chỉ số dưới. Trước hết phải chia cho khối lượng nguyên tử (để ra mol) — 6,71% hydro đóng góp nhiều nguyên tử hơn 53,29% oxy chính vì nguyên tử H rất nhẹ.
- Công thức phân tử luôn là phiên bản lớn hơn của công thức thực nghiệm. Chỉ khi n > 1. Với H2O hai công thức giống nhau, và trường hợp n = 1,000 của bảng phân tử là thông thường.
- Khối lượng nguyên tử là số nguyên nhân với amu. Các giá trị được liệt kê là trung bình có trọng số theo độ phổ biến của các đồng vị — 35,45 g/mol của clo là hỗn hợp của 35-Cl và 37-Cl.
Công cụ liên quan: Bảng tuần hoàn (khối lượng nguyên tử mà trang này cộng lại), Máy cân bằng phương trình (hóa lượng xây trên mol), và Dung dịch (mol trên lít).
