Mol – wszystko co musisz wiedzieć.

W chemii niezwykle ważne są jej molekularne podstawy. Każda cząsteczka zbudowana jest z atomów, jony różnią się od nich jedynie liczbą elektronów. Tak, czy inaczej – reakcje chemiczne można porównać do specyficznego bilardu, zderzania się kul. Tylko jest jeden problem – nie jesteś w stanie ich zobaczyć, policzyć, czy dotknąć. Jak zatem przewidzieć, ile zasady muszę dolać, aby osad amfoterycznego wodorotlenku nie rozpuścił się ponownie? Albo w jakiej proporcji zmieszać saletrę z cukrem, aby uzyskać jak najwięcej dymu?

Ratunkiem okazał się mol. Czym on jest? Mówiąc krótko – liczbą. Czegokolwiek. W chemii odnosi się do atomów, cząsteczek, jonów, rzadziej cząstek elementarnych. Osobiście nie widzę przeszkód w tym, aby mówić o molach ziarnek piasku, czy włosów na głowie – tylko będzie to zupełnie nieprzydatne. Ważne jest to, że liczba ta jest stała i wynosi… bardzo dużo. Określana jest mianem stałej Avogadro. Rzadko zdarzają się obliczenia, w których wymaga się przejścia z poziomu mola do pojedynczych molekuł.

Po co właściwie jest ten mol? Chemiczne drobiny są niezwykle małe, dlatego wszelka próba ich policzenia spaliłaby na panewce, choćby z racji rzędu wielkości. Liczyć majątek Billa Gatesa dolar po dolarze, albo – co gorsza – cent po cencie byłoby prawdziwą udręką. Ale kiedy dysponujesz wielkością miliarda dolarów, to powyższe zadanie nie sprawi takiego problemu. Może poza zazdrością. Ale, nie wnikając w osobistą sylwetkę biznesmena, każdy prędzej, czy później dostaje to, na co sobie zapracował.  

Przypomnij sobie, ile razy Tobie się czegoś nie chciało? Niezależnie od tego pamiętaj – mole są po to, aby ułatwić Ci chemię.

Dotychczas korzystałem z zapisów reakcji chemicznych w kontekście: cząsteczka, atom, jon ze sobą reagują w odpowiedniej ilości. Teraz, patrząc choćby na zapis syntezy amoniaku

mogę go śmiało odczytać: trzy mole dwuatomowego wodoru reagują z jednym molem dwuatomowego azotu i powstają dwa mole amoniaku. Różnica na pozór żadna, ale porównaj sobie sprzedaż jednej książki z zyskiem dziesięciu złotych, a sprzedaż jednego miliona sztuk z zyskiem dziesięciu milionów. 

Masa molowa

Samo pojęcie mola jest tak naprawdę pomostem do znacznie potężniejszych narzędzi obliczeniowych. Najważniejszym z nich jest masa molowa – czyli masa takiej liczby drobin, która równa jest jednemu molowi. Okazuje się, że jest ona mierzalna w gramach, ewentualnie ich dziesiątkach i setkach. Czyli całkiem realnych wartościach, możliwych do zbadania choćby za pomocą wagi kuchennej. Pamiętasz protony i neutrony? Będą ważyć po prostu jeden, nie ważne czego. A teraz zapamiętaj – jeden mol dowolnej cząstki elementarnej spośród nich, waży jeden gram! Dlatego, jeśli jądro atomowe litu składa się z trzech protonów i trzech neutronów, to razem waży sześć, więc jeden mol owego pierwiastka położony na wadze wskaże sześć gramów.

Naturalnie występujące pierwiastki są mieszaniną różnych izotopów, stąd posługujemy się średnią masą jednego atomu – masą atomową. Analogicznie, będzie ona masą molową naturalnie występującego żelaza, glinu, węgla itp. Popatrz na reakcję syntezy chlorowodoru:

Odczytam ją: mol wodoru dwuatomowego łączy się z molem chloru dwuatomowego i powstają dwa mole chlorowodoru. Zamieńmy to teraz na liczbę gramów. Ważna uwaga, w chemii w Polsce przyjęło się przybliżać masy atomowe z układu okresowego do całości, za wyjątkiem chloru, dla którego przyjmuję 35,5 grama na jeden mol. Zatem, wodór waży jeden gram na mol, ale w cząsteczce są dwa atomy, dlatego do tej reakcji biorę dwa gramy wodoru H2 i 71 (bo 2 razy 35,5) gramy chloru Cl2 . Ile powstanie chlorowodoru? Mogę to policzyć na dwa sposoby. Zacznę od klasycznego – czyli dodam do siebie masę mola wodoru i chloru, otrzymując 36,5 grama, a następnie pomnożę wszystko przez dwa, uzyskując 73 gramy. Drugi sposób jest prostszy i wynika z logicznego założenia, że w chemii nic nie znika, ani nie powstaje znikąd. Nazywa się to prawem zachowania masy. Po prostu, skoro w sumie użyłem do reakcji 73 gramy jakichś substancji, to produkty muszą łącznie ważyć tyle samo. A że po prawej stronie chlorowodór jest sam, to będzie miał dokładnie taką masę.

Może pojawić się pytanie – co jeśli chcę otrzymać 50 gramów chlorowodoru? Albo 100? Jak policzyć ile potrzebuję wodoru i chloru? Zapraszam na chwilę do kuchni. Żaden ze mnie wirtuoz patelni, potrafię jednak przyrządzić kilka potraw w tym jedną najważniejszą – jajecznicę. Uwielbiam wariant z pomidorami. Najlepsza wychodzi, kiedy na trzy jaja wielkości L użyję jednego pomidora średniej wielkości. A teraz wyobraź sobie sytuację, że odwiedzasz mnie z dwójką swoich znajomych. Chcę Was ugościć, mam zatem cztery osoby do wykarmienia włącznie z sobą. Dlatego potrzebuję cztery razy więcej spośród każdego składnika – dwanaście jaj i cztery pomidory. Nic trudnego, każdy na to wpadnie.

W chemii jest identycznie jak w sztuce kulinarnej. Potrzebujesz przyrządzić porcję innej wielkości, więc bierzesz odpowiednio mniej lub więcej składników. Matematyczny zabieg umożliwiający przeliczenie ilości poszczególnych elementów nazywa się proporcją. Jego zastosowanie będę wyjaśniać stopniowo. Bardzo ważne jest, aby się tego nauczyć. Pamiętaj o tym! Już teraz zacznij rozwiązywać proste zadania z moli w oparciu o tę metodę.

Zobacz więcej

Woda jako źródło życia

Owocem reakcji pierwiastków ze sobą nawzajem są związki chemiczne. Spośród całego repertuaru możliwych do wykorzystania substancji to woda okazała się swego rodzaju starterem, który zainicjował

Zobacz więcej »