Denna sida repeterar substandsmängd och molmassa från tidigare kurser. I resten av kapitel 2 behöver du förstå substansmängder och kunna räkna med dem och därför finns här flera korta räkneexempel.
Med dagens teknologi är det omöjligt att undersöka exakt en atom. De är helt enkelt för små för det. Dessutom sker reaktioner med betydligt större mängder atomer, joner eller molekyler och då används ofta begreppet substansmängd för att beskriva partiklarnas antal i ett prov.
Substansmängd beskriver egentligen bara hur många partiklarna är och kan därför användas lika bra för enskilda atomer, större molekyler som t.ex. för sandkorn. Enheten för substansmängd är mol och i formler betecknas den ofta med ett litet n.
Till exempel kan ett prov bestå av:
1 mol grässtrån = 6,022·1023 st grässtrån
1 mol vattenmolekyler = 6,022·1023 st vattenmolekyler
2,75 mol natriumjoner = 2,75 · 6,022·1023 st joner = 1,66505·1024 st joner
Talet 6,022·1023 kallas för Avogadros konstant då det har enheten st/mol. I formler förekommer konstanten med beteckningen NA.
Att göra omvandlingar mellan substansmängd (antal i mol) och antal partiklar i stycken används Avogadros konstant. Detta kan allt beskrivas matematiskt med formeln
Där n = substansmängd (enhet mol), NA.= 6,022·1023 st/mol (Avogadros konstant) och N = antal partiklar räknat i stycken. För att beräkna antalet partiklar i stycken, divideras substansmängden n med Avogadros konstant.
Exempel 1: Hur många mol blir 3,011·1023 st sockermolekyler?
Använd formeln n = N/NA
Dividera antalet sockermolekyler med Avogadros konstant. Var noga med tiopotenser då du skriver in det på räknaren!
n = 3,011·1023 st / (6,022·1023 st/mol) = 0,5 mol
Exempel 2: Hur många atomer finns i 2 mol järn?
Använd formeln n = N/NA
Antalet partiklar fås genom att multiplicera med Avogadros konstant och formeln blir då N = NA · n = 6,022·1023 st · 2 mol = 12,044·1023 st = 1,2044·1024 st
Svar: antalet järnatomer i ett mol är 1,2044·1024 st
Molmassan är den storhet som kombinerar atomens massa med det uppvägda provets massa. Molmassan anger hur mycket ett mol av något ämne väger. Den kan anges för atomer, joner eller molekyler. Enheten för molmassa är g/mol. Grundämnenas molmassor finns tabellerade i periodiska systemet, t.ex. Maols och på cheat.abitti.fi. De är samma tal som används för atommassorna, men som enhet ges g/mol (i stället för atommassans u).
Exempel 3: Molmassan för silveratomer
Molmassan för silver (Ag) är 107,87 g/mol. Detta betyder att ett mol silveratomer väger 107,87 g.
Detta kan uttryckas matematiskt som M(Ag) = 107,87 g/mol. Stora bokstaven M används för att ange att vi använder molmassa och inom parentes berättas vad molmassan anges för, i det här fallet silveratomer.
I en förening, t.ex. i en molekyl, finns många atomer. Alla atomer ökar på molekylens massa med sin egna atommassa. Föreningens molmassa fås därför genom att addera alla enskilda atomernas massor.
Exempel 4: Glukosens molmassa
Glukos med molekylformeln C6H12O6 innehåller 6 stycken kolatomer, 12 stycken väteatomer och 6 stycken syreatomer. Alla de här atomerna bidrar till molekylens massa. Då vi har ett mol av molekylerna bidrar alla de här atomerna till provets massa.
M(C6H12O6) = 6·M(C) + 12·M(H) + 6·M(O) = 6·12,01 g/mol + 12·1,008 g/mol + 6·16,00 g/mol = 180,156 g/mol
Exempel 5: Hur mycket väger ett mol av saltet kalciumklorid, CaCl2?
För att lösa detta måste vi beräkna molmassan för CaCl2. Använd värdena i periodiska systemet. Det finns två kloridjoner i varje kalciumkloridenhet, så bådas molmassa behöver tas i beaktande.
M(CaCl2) = M(Ca) + 2·M(Cl) = 40,08 g/mol + 2·35,45 g/mol = 110,98 g/mol.
Svar: Ett mol CaCl2 väger 110,98 g.
Exempel 6: Var försiktig med kristallvatten
Vissa föreningar innehåller något som kallas för kristallvatten. Detta betyder att föreningen i fast form har bundit i sig ett bestämt antal vattenmolekyler som får ämnets massa att öka. Kristallvatten betecknas i molekylformeln med en punkt som påminner om ett multiplikationstecken, men i beräkningarna inte ändå är det!
Bariumklorid binder två vattenmolekyler då det är i fast form. I molekylformeln betecknas detta som BaCl2 · 2H2O. Då föreningens molmassa beräknas påverkar vattenmolekylerna massan och tas i beaktande genom att addera två vattenmolekylers molmassa till bariumkloridens molmassa, alltså:
M(BaCl2 · 2H2O) = M(BaCl2) + M(2H2O) = M(BaCl2) + 2·M(H2O)
Molmassan anger massan för ett mol av ämne och går att räkna ut på basen av tabellerade värden. Detta leder till att man kan räkna ut massan för vilken substansmängd som helst. Detta kan göras med formeln:
Där n = substansmängd (enhet mol), m = massan (enhet g) och M = molmassan (enhet g/mol).
Exempel 7: Hur många vattenmolekyler finns i 1,0 g vatten?
Först behöver vattnets molmassa beräknas. Därefter divideras 1,0 g med molmassan och då fås molekylernas antal (substansmängden, i mol).
M(H2O) = 2·M(H2) + M(O) = 2·1,008 g/mol + 16,00 g/mol =18,016 g/mol
n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 1,0 g / (18,016 g/mol) = 0,05550… mol ≈ 0,056 mol
Det går också att ge svaret på den här typens uppgifter med hur många stycken molekyler det finns. Då används Avogadros konstant och formeln n = N/NA .
N(H2O) = NA · n(H2O) = 6,022·1023 st · 0,05550… mol = 0,334… ·1023 st = 3,34… ·1022 st ≈ 3,3·1022 st
Svar: 0,056 mol vattenmolekyler
Alternativt svar: 3,3·1022 st vattenmolekyler.
OBS! Svaret avrundas till två gällande siffror eftersom det mest inexakta talet i uppgiften är givet med två gällande siffror (1,0 g). Avrunda bara det sista talet som ges i svaret och räkna mellansteg med minst två siffror mer än du tänkt avrunda till. Ifall räknaren sparar talet behöver inte mellanstegens tal avrundas alls.