Mol — jednostka liczności materii w chemii
Mol to jednostka liczności materii odpowiadająca około 6,022 · 10²³ cząstek, czyli liczbie Avogadra. Masa jednego mola w gramach równa się masie atomowej pierwiastka.
Mol bywa uznawany za trudne pojęcie, choć w istocie jest zwykłą jednostką liczenia — jak tuzin czy kopa, tylko o znacznie większej wartości.
Definicja
Mol to ilość substancji zawierająca około 6,022 · 10²³ cząstek — atomów, cząsteczek lub jonów. Ta wartość nosi nazwę liczby Avogadra.
Podobnie jak tuzin oznacza dwanaście sztuk niezależnie od tego, czego dotyczy, mol oznacza zawsze tę samą liczbę cząstek. Mol atomów żelaza i mol cząsteczek wody to tyle samo obiektów, choć zupełnie inna masa.
Dlaczego akurat taka liczba
Nie jest przypadkowa. Dobrano ją tak, by masa jednego mola w gramach równała się masie atomowej odczytanej z układu okresowego.
- Węgiel ma masę atomową 12, więc mol węgla waży 12 g
- Tlen ma 16, więc mol atomów tlenu waży 16 g
- Woda H₂O ma masę cząsteczkową 18, więc mol wody waży 18 g
To rozwiązanie łączy świat mikroskopowy z tym, co da się zważyć na wadze — i właśnie w tym tkwi cała użyteczność mola.
Trzy podstawowe wzory
- n = m / M — liczba moli z masy i masy molowej
- N = n · N_A — liczba cząstek z liczby moli
- V = n · 22,4 dm³ — objętość gazu w warunkach normalnych
Przykład obliczeń
Ile moli stanowi 36 g wody?
Masa molowa wody: 2 · 1 + 16 = 18 g/mol.
n = 36 / 18 = 2 mole, co odpowiada 1,2 · 10²⁴ cząsteczek.
Objętość molowa gazów
Jeden mol dowolnego gazu w warunkach normalnych (0°C i 1013 hPa) zajmuje 22,4 dm³ — niezależnie od tego, jaki to gaz.
Brzmi to zaskakująco, ale wynika stąd, że w gazie odległości między cząsteczkami są ogromne w porównaniu z ich rozmiarami. O objętości decyduje więc liczba cząsteczek, a nie ich wielkość. Wodór i dwutlenek węgla zajmą tę samą objętość, mimo że masa będzie się różnić dwudziestodwukrotnie.
Jak duża jest liczba Avogadra
Trudno ją sobie wyobrazić, więc pomaga porównanie. Gdyby rozsypać mol ziaren piasku po powierzchni Polski, warstwa miałaby kilkanaście kilometrów grubości.
Inne ujęcie: mol sekund to około 19 biliardów lat — ponad milion razy więcej niż wiek Wszechświata. A jednocześnie mol cząsteczek wody to zaledwie 18 gramów, czyli niecałe dwie łyżki.
Skąd wzięła się nazwa i sama jednostka
Nazwa pochodzi od łacińskiego moles — masa, ilość. Wprowadził ją niemiecki chemik Wilhelm Ostwald pod koniec XIX wieku, choć samą ideę liczby cząstek w danej masie sformułował znacznie wcześniej Amedeo Avogadro.
Co ciekawe, Avogadro nigdy nie wyznaczył wartości liczby, która nosi jego imię — zaproponował jedynie hipotezę, że równe objętości gazów w tych samych warunkach zawierają tyle samo cząsteczek. Konkretną wartość wyliczono kilkadziesiąt lat po jego śmierci, a od 2019 roku liczba Avogadra ma wartość ustaloną definicyjnie, bez odwołania do pomiaru.
Gdzie mol jest niezbędny
Przede wszystkim przy obliczeniach stechiometrycznych. Równanie reakcji podaje proporcje w molach, nie w gramach — zapis 2H₂ + O₂ → 2H₂O oznacza, że dwa mole wodoru reagują z jednym molem tlenu.
Bez mola trzeba by za każdym razem przeliczać masy przez masy atomowe. Z molem wystarczy odczytać współczynniki z równania, co czyni go podstawowym narzędziem chemii obliczeniowej.