Substansmängd och mol

Mol: ett sätt att räkna partiklar

Vi vill kunna räkna med hur många partiklar som deltar i en reaktion. Atomer och molekyler är så små att ingen kan räkna dem en och en. Därför räknar kemister i mol, ungefär som man räknar ägg i dussin. En mol är ett bestämt antal partiklar: 6,022 · 10²³ stycken. Talet kallas Avogadros konstant. Antal partiklar är alltså substansmängden gånger Avogadros konstant: N = n · N_A.

Molmassa: massan av en mol

Varje atomslag har en atommassa, som du läser i det periodiska systemet. Väte har 1,008 u, kol 12,01 u och syre 16,00 u. Molmassan M är massan av en mol av ämnet, i gram per mol. Den har samma siffror som atommassan, så en mol kolatomer väger 12,01 g. För en förening summerar du atomernas massor enligt formeln. Vatten, H₂O, har två väteatomer och en syreatom.

Från massa till substansmängd

Kemister väger ämnen, men reaktioner sker partikel för partikel. Därför behöver vi gå från massa till substansmängd. Substansmängden är massan delad med molmassan: n = m / M. Grafen visar massan av vatten mot substansmängden. Linjens lutning är molmassan, 18,02 g per mol. Dubbelt så stor massa ger dubbelt så många mol.

Från substansmängd till massa

Ofta vet du hur många mol du behöver och ska väga upp rätt massa. Då löser du ut massan: m = n · M. Grafen visar att samma substansmängd kan ha olika massa. En mol natriumklorid väger 58,44 g, men en mol vatten bara 18,02 g. Ämnet med större molmassa väger mer per mol.

Koefficienterna är ett molförhållande

Vi vill veta hur mycket av varje ämne som deltar i en reaktion. Väte brinner till vatten: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koefficienterna räknar molekyler, och därför också mol. Två mol vätgas reagerar med en mol syrgas och ger två mol vatten. Grafen visar att syrgasen alltid är hälften av vätgasen. Koefficienterna säger ingenting direkt om massorna.

Från massa till massa, via mol

Ofta vet du massan av ett ämne och vill veta massan av ett annat. Då går du alltid via substansmängden, i tre steg. Först räknar du om massan till mol med n = m / M. Sedan använder du molförhållandet från reaktionsformeln. Sist räknar du om till massa med m = n · M. Hoppa aldrig direkt från gram till gram.

Koncentration: mol per kubikdecimeter

Många reaktioner sker i lösningar. Då vill vi veta hur mycket löst ämne som finns i varje volym. Koncentrationen är substansmängden delad med lösningens volym: c = n / V. Enheten är mol/dm³, och 1 dm³ är en liter. Volymen är hela lösningens volym, inte vattnets. Därför fyller man på vatten i en mätkolv upp till märket.

Spädning: samma mol i större volym

När du späder en lösning tillsätter du bara vatten. Substansmängden löst ämne är därför densamma före och efter. Volymen blir större, och då blir koncentrationen mindre. Eftersom n = c · V gäller c₁ · V₁ = c₂ · V₂. Tio gånger större volym ger en tiondel av koncentrationen. Grafen visar 0,10 mol löst ämne i olika stora volymer.

Sammanfattning

Atomer och molekyler är för små för att räknas en och en. Kemister räknar därför i mol. En mol är 6,022 · 10²³ partiklar, och talet kallas Avogadros konstant. Antalet partiklar är N = n · N_A, där n är substansmängden i mol.

Molmassan M är massan av en mol, i g/mol. Du får den genom att summera atommassorna i formeln: för vatten, H₂O, blir M = 2 · 1,008 + 16,00 = 18,02 g/mol. Substansmängden räknas ut ur massan med n = m / M, och massan ur substansmängden med m = n · M.

Koefficienterna i en balanserad reaktionsformel anger ett molförhållande, inte ett massförhållande. I 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O reagerar 2 mol vätgas med 1 mol syrgas och ger 2 mol vatten. För att gå från massa till massa räknar du alltid via mol: massa, mol, molförhållande, mol och sist massa.

Koncentrationen i en lösning är c = n / V, med enheten mol/dm³. V är hela lösningens volym, inte vattnets. Vid spädning tillsätts bara vatten, så substansmängden löst ämne är densamma: c₁ · V₁ = c₂ · V₂.

Metan brinner: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Metan har M = 12,01 + 4 · 1,008 = 16,04 g/mol, så 16,0 g metan är 16,0 / 16,04 ≈ 0,997 mol. En mol metan ger en mol koldioxid. Koldioxiden väger 0,997 · 44,01 ≈ 43,9 g.

Källor

1. 3.1 Formula Mass and the Mole Concept (mol, Avogadros konstant och molmassa), OpenStax Chemistry 2e
2. 4.3 Reaction Stoichiometry (koefficienterna som molförhållande, massa via mol), OpenStax Chemistry 2e
3. 3.3 Molarity (koncentration i mol/dm³ och spädning, c₁ · V₁ = c₂ · V₂), OpenStax Chemistry 2e
4. Substansmängd (storheten n, mäts i mol), Nationalencyklopedin
5. Molmassa (massan per substansmängd, g/mol), Nationalencyklopedin
6. Avogadros konstant (antalet partiklar per mol), Nationalencyklopedin
7. Avogadro constant (exakt 6,022 140 76 · 10²³ mol⁻¹), NIST
8. The mole (SI-enheten för substansmängd, definierad sedan 2019), BIPM
9. Standard atomic weights (atommassorna i det periodiska systemet), CIAAW
10. Ämnesplan i kemi, Gy25, Skolverket