محول الجزيئات الذرية - تحويل الجزيئات الذرية إلى ذرات وجزيئات

ما هو محوّل المول؟

محوّل المول أداة تنتقل بين المولات وعدد الجسيمات (الذرات أو الجزيئات أو الأيونات) في العيّنة. وهي تستخدم عدد أفوغادرو، وقيمته نحو 6.022 × 10²³، وهو عدد الجسيمات في مول واحد من أي مادة.

الذرات والجزيئات أصغر من أن تُعدّ واحدة واحدة وأكثر من أن تُحصى. ويحل الكيميائيون هذه المشكلة بالعدّ بالمولات بدلًا من الجسيمات المفردة، كما يشتري المتسوق البيض بالدزينة لا بالبيضة الواحدة.

ما عدد أفوغادرو؟

عدد أفوغادرو هو عدد الجسيمات الأولية في مول واحد من المادة: نحو 6.022 × 10²³. وهو منسوب إلى العالم الإيطالي أميديو أفوغادرو، مع أنه لم يقدّر هذه القيمة بنفسه قط.

منذ عام 2019، صار هذا العدد ثابتًا باتفاق دولي عند القيمة 6.022 140 76 × 10²³ لكل مول بالضبط، وذلك ضمن إعادة تعريف النظام الدولي للوحدات. وليس لهذه القيمة أي عدم يقين في القياس. تستخدم هذه الحاسبة القيمة الدقيقة وتعرض النتائج بسبعة أرقام معنوية. أما في الحسابات اليدوية التقريبية فتكفي القيمة 6.022 × 10²³.

صيغ تحويل المول

تغطي صيغتان كل تحويلات هذه الآلة الحاسبة.

من المولات إلى الجسيمات

$\text{الجسيمات} = \text{المولات} \times 6.02214076 \times 10^{23}$

اضرب عدد المولات في عدد أفوغادرو للحصول على عدد الذرات أو الجزيئات.

من الجسيمات إلى المولات

$\text{المولات} = \frac{\text{الجسيمات}}{6.02214076 \times 10^{23}}$

اقسم عدد الجسيمات على عدد أفوغادرو للحصول على عدد المولات.

كيفية استخدام آلة حاسبة لتحويل المولات

لتحويل المولات إلى ذرات أو جزيئات:

1. اختر نوع الجسيم: ذرات أو جزيئات.
2. أدخل عدد المولات.
3. يظهر عدد الجسيمات تلقائيًا.

لتحويل الذرات أو الجزيئات إلى مولات:

1. اختر نوع الجسيم: ذرات أو جزيئات.
2. أدخل عدد الجسيمات. تُقبل الكتابة بالصيغة العلمية مثل 3.011e23.
3. يظهر عدد المولات تلقائيًا.

تنتقل الآلة الحاسبة إلى الصيغة العلمية للنتائج الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا، حتى لا تظهر سلاسل طويلة من الأصفار على الشاشة.

أمثلة محلولة

النتائج الواردة أدناه هي القيم التي تعرضها الحاسبة باستخدام الثابت الدقيق.

مثال 1: من المولات إلى الجزيئات. كم عدد جزيئات الماء الموجودة في 0.05 مول من الماء؟

$0.05 \times 6.02214076 \times 10^{23} = 3.011070 \times 10^{22} \text{ جزيئات}$

مثال 2: من الذرات إلى المولات. كم عدد المولات الموجودة في 1.204428 × 10²⁴ ذرة كربون؟

$\frac{1.204428 \times 10^{24}}{6.02214076 \times 10^{23}} = 2.0 \text{ mol}$

مثال 3: من المولات إلى الذرات. كم عدد ذرات الصوديوم الموجودة في 0.25 مول من كلوريد الصوديوم (NaCl)؟

$0.25 \times 6.02214076 \times 10^{23} = 1.505535 \times 10^{23} \text{ ذرات}$

يعطي هذا عدد ذرات الصوديوم فقط. ويوجد أيضًا عدد مساوٍ من ذرات الكلور، لأن كل وحدة من NaCl تحتوي على ذرة واحدة من كل عنصر.

الأخطاء الشائعة في تحويلات المول

الخلط بين الذرات والجزيئات. يحتوي مول واحد من الماء (H₂O) على 6.022141 × 10²³ جزيء، لكن كل جزيء فيه 3 ذرات، ولذلك يحتوي على 1.806642 × 10²⁴ ذرة في المجموع.

إهمال معاملات المعادلة. في المعادلة 2H₂ + O₂ → 2H₂O، يعني المعامل 2 أمام H₂ وجود 2 مول من غاز الهيدروجين، أي 2 × 6.02214076 × 10²³ = 1.204428 × 10²⁴ جزيء، وليس ما يعادل مولًا واحدًا.

نسيان التفكك في المحلول. تؤدي إذابة 1 مول من NaCl في الماء إلى إنتاج 1 مول من أيونات Na⁺ و1 مول من أيونات Cl⁻، أي ما مجموعه 2 مول من الجسيمات الذائبة.

تقريب عدد أفوغادرو مبكرًا جدًا. يؤدي استخدام 6 × 10²³ بدلًا من 6.022 × 10²³ إلى إدخال خطأ يتزايد خلال الحساب متعدد الخطوات.

العدّ المزدوج للترميز العلمي. القيمة المكتوبة على صورة 3.011e23 تتضمن بالفعل × 10²³. ولا ينبغي ضربها في عدد أفوغادرو مرة ثانية.

تاريخ المول وعدد أفوغادرو

في عام 1811، اقترح أميديو أفوغادرو أن الأحجام المتساوية من الغازات عند درجة الحرارة والضغط نفسيهما تحتوي على أعداد متساوية من الجزيئات، وهي فكرة ساعدت على الفصل بين مفهومي الذرة والجزيء. ولم يكن يعرف العدد الفعلي للجسيمات.

في عام 1865، وضع يوهان يوزف لوشميدت أول تقدير لعدد الجزيئات في سنتيمتر مكعب واحد من الغاز. ثم استُخرج منه لاحقًا عدد الجزيئات في المول. وفي مطلع القرن العشرين (1900)، أثبت الفيزيائي الفرنسي جان بيران بالتجربة أن الجزيئات حقيقية، ومن ذلك دراسته للحركة البراونية. ونال عن هذا العمل جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1926 عن بحثه في "البنية المنفصلة للمادة".

أدخل الكيميائي فيلهلم أوستفالد مصطلح "المول". وأصبح المول وحدة أساس في النظام الدولي للوحدات عام 1971، وكان يُعرَّف حينها بأنه كمية المادة التي تحتوي على عدد من الكيانات الأولية يساوي عدد الذرات في 12 غرامًا من الكربون-12. وفي عام 2019 أُعيد تعريف النظام الدولي بحيث صار عدد أفوغادرو نفسه نقطة المرجع الثابتة. ويحتوي المول الآن على 6.022 140 76 × 10²³ كيان أولي بالضبط.

الأسئلة الشائعة

ما المول في الكيمياء؟ المول هو وحدة النظام الدولي لقياس كمية المادة. ويحتوي المول الواحد دائمًا على 6.022 140 76 × 10²³ كيان أولي، سواء أكانت ذرات أم جزيئات أم أيونات. وقبل عام 2019 كان المول يُعرَّف بحيث تبلغ كتلة مول واحد من ذرات الكربون-12 بالضبط 12 غرامًا. ومنذ عام 2019 صارت هذه الكتلة قريبة جدًا من 12 غرامًا لكنها لم تعد دقيقة. وفي الحالتين يستطيع الكيميائيون عدّ الجسيمات بوزنها.

كيف يُحسب عدد الذرات من المولات؟ اضرب عدد المولات في عدد أفوغادرو. فمثلًا، يحتوي 2 مول من الكربون على 2 × 6.02214076 × 10²³ = 1.204428 × 10²⁴ ذرة.

كيف يُحسب عدد المولات من عدد الجسيمات؟ اقسم عدد الجسيمات على عدد أفوغادرو. فمثلًا، إن 3.011070 × 10²³ جزيء ماء تساوي 3.011070 × 10²³ ÷ 6.02214076 × 10²³ = 0.5 مول من الماء.

هل عدد أفوغادرو واحد لكل المواد؟ نعم. يحتوي المول الواحد من أي مادة على 6.022 140 76 × 10²³ جسيم. وما يختلف بين المواد هو الكتلة المولية، أي كتلة مول واحد، وتُقاس بالغرام لكل مول.

ما الفرق بين عدّ الذرات وعدّ الجزيئات؟ العملية الحسابية واحدة، لكن نوع الجسيم مهم. فمول واحد من الماء يساوي 6.022141 × 10²³ جزيء. ولأن كل جزيء ماء يحتوي على 3 ذرات، فإن العيّنة نفسها تحتوي على 1.806642 × 10²⁴ ذرة.

لماذا عدد أفوغادرو كبير إلى هذا الحد؟ كتلة الذرات الفردية صغيرة للغاية، ولذلك يلزم عدد هائل منها قبل أن تصبح الكتلة الكلية كبيرة بما يكفي لقياسها على ميزان المختبر. وعدد أفوغادرو هو القيمة المحددة التي تجعل وحدات الكتلة الذرية متوافقة مع الغرام لكل مول.

المراجع

1. المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). CODATA Value: Avogadro constant. ثابت أفوغادرو — N_A = 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹، قيمة دقيقة تمامًا.
2. المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM). SI base unit: mole. المول — يحتوي المول الواحد على 6.022 140 76 × 10²³ كيان أولي بالضبط.
3. المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). Redefining the Mole. إعادة تعريف المول — فرضية أفوغادرو في تساوي الأحجام؛ وإضافة المول إلى النظام الدولي عام 1971؛ وتعريف الكربون-12 السابق.
4. جامعة ماساريك، مختبرات لوشميدت. Physics Work of Josef Loschmidt. أعمال يوزف لوشميدت في الفيزياء — فرضية أفوغادرو لعام 1811، وغياب تقدير لديه، وتقدير لوشميدت لعام 1865.
5. مؤسسة جائزة نوبل. Jean Baptiste Perrin – Facts. حقائق عن بيران — جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1926؛ وتجارب الحركة البراونية.