تبدیل گرم به مول | ماشین حساب رایگان شیمی

تبدیل گرم به مول چیست؟

تبدیل گرم به مول فرایند یافتن تعداد مول‌های یک ماده بر اساس جرم معین آن است. مول واحدی است که شیمی‌دانان برای شمارش اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها به کار می‌برند. تبدیل گرم به مول، جرم اندازه‌گیری‌شده با ترازوی آزمایشگاهی را به تعداد ذرات درگیر در واکنش شیمیایی مرتبط می‌کند.

معادله‌های شیمیایی واکنش‌ها را برحسب مول توصیف می‌کنند؛ یعنی یک مول از یک ماده با تعداد معینی مول از ماده‌ای دیگر واکنش می‌دهد. ترازوها جرم را برحسب گرم اندازه‌گیری می‌کنند. تبدیل میان این دو به شیمی‌دان اجازه می‌دهد معادلهٔ موازنه‌شده را به مقدار واقعی ماده‌ای که باید وزن شود تبدیل کند.

یک مول از هر ماده دقیقاً شامل 6.02214076 × 10²³ ذرهٔ بنیادی است. این عدد ثابت آووگادرو نام دارد. این مقدار دقیق در ۲۰۱۹ تعیین شد؛ زمانی که کنفرانس عمومی اوزان و اندازه‌ها (CGPM) تعریف مول را بازنگری کرد.

فرمول تبدیل گرم به مول

تعداد مول‌ها برابر است با جرم برحسب گرم تقسیم بر جرم مولی ماده:

$\text{مول} = \frac{\text{جرم (g)}}{\text{جرم مولی (g/mol)}}$

برای تبدیل برعکس، یعنی از مول به گرم، به‌جای تقسیم باید ضرب کرد:

$\text{جرم (g)} = \text{مول} \times \text{جرم مولی (g/mol)}$

جرم مولی جرم یک مول از ماده است که برحسب گرم بر مول (g/mol) بیان می‌شود. برای یک عنصر، جرم مولی همان جرم اتمی درج‌شده در جدول تناوبی است. برای یک ترکیب، جرم مولی از مجموع جرم‌های اتمی همهٔ اتم‌های موجود در فرمول آن به دست می‌آید.

روش محاسبهٔ جرم مولی

برای یافتن جرم مولی یک ترکیب، جرم اتمی هر عنصر را در تعداد دفعاتی که در فرمول ظاهر می‌شود ضرب و حاصل‌ها را با هم جمع کنید. زیروندهای فرمول نشان می‌دهند از هر عنصر چند اتم وجود دارد.

• هیدروژن (H): ۱٫۰۰۸ g/mol
• کربن (C): ۱۲٫۰۱۱ g/mol
• اکسیژن (O): ۱۵٫۹۹۹ g/mol
• آب (H₂O): ۲(۱٫۰۰۸) + ۱۵٫۹۹۹ = ۱۸٫۰۱۵ g/mol، که معمولاً به‌صورت ۱۸٫۰۲ g/mol نوشته می‌شود
• گلوکز (C₆H₁₂O₆): ۶(۱۲٫۰۱۱) + ۱۲(۱٫۰۰۸) + ۶(۱۵٫۹۹۹) = ۱۸۰٫۱۶ g/mol

این جرم‌های اتمی مقادیر استاندارد منتشرشده از سوی IUPAC هستند. کتاب‌های درسی قدیمی‌تر جرم اکسیژن را به ۱۶٫۰۰ گرد می‌کنند که باعث تغییر اندکی در آخرین رقم اعشار جرم مولی می‌شود.

پرانتزهای موجود در یک فرمول بر همهٔ اتم‌های داخل خود اعمال می‌شوند. فسفات کلسیم، Ca₃(PO₄)₂، دارای ۳ اتم کلسیم، ۲ اتم فسفر و ۸ اتم اکسیژن است (۲ گروهِ ۴ اتم اکسیژن)، نه فقط یک اتم از هرکدام.

هیدرات‌ها، مانند سولفات مس(II) پنج‌آبه (CuSO₄·۵H₂O)، شامل مولکول‌های آبِ متصل به ساختار بلور هستند. جرم این مولکول‌های آب باید به جرم مولی افزوده شود. برای CuSO₄·۵H₂O، این کار به معنای افزودن ۵ × ۱۸٫۰۲ g/mol برای پنج مولکول آب است.

مثال حل‌شده

مسئله: ۲۵ g کلرید سدیم (NaCl) را به مول تبدیل کنید.

گام ۱: جرم مولی NaCl را بیابید.

• سدیم (Na): ۲۲٫۹۹ g/mol
• کلر (Cl): ۳۵٫۴۵ g/mol
• NaCl: ۲۲٫۹۹ + ۳۵٫۴۵ = ۵۸٫۴۴ g/mol

گام ۲: جرم را بر جرم مولی تقسیم کنید.

$\text{مول} = \frac{25 \text{ g}}{58.44 \text{ g/mol}} = 0.4278 \text{ mol}$

بنابراین ۲۵ g از NaCl برابر با ۰٫۴۲۷۸ mol است. مبدل هر نتیجه را تا چهار رقم اعشار گرد می‌کند، بنابراین برای این مثال مقدار ۰٫۴۲۷۸ را نشان می‌دهد.

مبدل تبدیل برعکس را نیز انجام می‌دهد. با تغییر حالت آن به تبدیل مول به گرم، جرم ۰٫۰۵ mol هیدروکسید سدیم (NaOH، با جرم مولی ۴۰٫۰۰ g/mol) به دست می‌آید:

$\text{جرم} = 0.05 \text{ mol} \times 40.00 \text{ g/mol} = 2.0 \text{ g}$

جرم مولی نمی‌تواند صفر باشد، زیرا تقسیم بر صفر پاسخ ندارد. وقتی مقدار فیلد جرم مولی روی ۰ تنظیم شود، مبدل به‌جای نتیجه خطا نشان می‌دهد.

چرا این تبدیل اهمیت دارد؟

معادله‌های شیمیایی موازنه‌شده نسبت‌های مولی میان واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها را بیان می‌کنند، اما واکنش‌دهنده‌ها برحسب جرم اندازه‌گیری می‌شوند. تبدیل گرم به مول مرحله‌ای است که این دو را به هم مرتبط می‌کند.

استوکیومتری واکنش. در واکنش ۲H₂ + O₂ → ۲H₂O، مقدار ۱۰ g گاز هیدروژن به ۱۰ ÷ ۲٫۰۱۶ = ۴٫۹۶ mol از H₂ تبدیل می‌شود. معادله نسبت 2:1 بین H₂ و O₂ را نشان می‌دهد؛ بنابراین ۴٫۹۶ mol از H₂ به ۲٫۴۸ mol از O₂ نیاز دارد که برابر است با ۲٫۴۸ × ۳۲٫۰۰ = ۷۹٫۴ g از O₂.

تهیهٔ محلول‌ها. برای تهیهٔ ۵۰۰ mL محلول هیدروکسید سدیم با غلظت ۰٫۱ mol/L، به ۰٫۱ × ۰٫۵ = ۰٫۰۵ mol NaOH نیاز است که برابر با ۰٫۰۵ × ۴۰٫۰۰ = ۲٫۰ g است.

مسائل واکنش‌دهندهٔ محدودکننده. هنگامی که دو واکنش‌دهنده با هم ترکیب می‌شوند، تبدیل هرکدام به مول و مقایسهٔ آن‌ها با معادلهٔ موازنه‌شده نشان می‌دهد کدام ماده زودتر تمام می‌شود و مقدار فرآوردهٔ قابل تشکیل را محدود می‌کند.

فرمول‌های تجربی. داده‌های آزمایشگاهی معمولاً درصد جرمی هر عنصر در یک ترکیب را ارائه می‌کنند. تبدیل جرم هر عنصر به مول و سپس مقایسهٔ نسبت‌های مولی، ساده‌ترین فرمول با ضرایب صحیح را برای ترکیب به دست می‌دهد.

جرم‌های مولی رایج

تاریخچهٔ مول

آمِدئو آووگادرو در ۱۸۱۱ پیشنهاد کرد که حجم‌های برابر گاز، در دما و فشار یکسان، دارای تعداد برابر مولکول هستند. این ایده که اکنون قانون آووگادرو نامیده می‌شود، گامی اولیه برای مرتبط کردن جرم با تعداد ذرات بود. معمولاً ابداع واژهٔ «مول» در دههٔ ۱۸۹۰ به شیمی‌دان ویلهلم اوستوالد نسبت داده می‌شود؛ این واژه از «Mol» آلمانی، کوتاه‌شدهٔ وزن مولکولی، گرفته شده است.

در ۱۹۷۱، مول به واحد پایهٔ رسمی SI تبدیل شد و به‌صورت مقدار ماده‌ای تعریف شد که به اندازهٔ تعداد اتم‌های موجود در ۱۲ g کربن-۱۲، ذرات بنیادی داشته باشد. در ۲۰۱۹، دستگاه SI بازنگری شد و مول مستقیماً بر اساس مقدار ثابتِ ثابت آووگادرو، 6.02214076 × 10²³، تعریف شد، نه بر اساس نمونه‌ای فیزیکی از کربن-۱۲.

پرسش‌های متداول

مول در شیمی چیست؟ مول واحد SI برای مقدار ماده است. یک مول از هر چیز شامل 6.02214076 × 10²³ ذره است؛ همان‌گونه که یک دوجین به معنای ۱۲ مورد است. مول به شیمی‌دانان امکان می‌دهد ذرات را با وزن کردن آن‌ها بشمارند.

چرا بین گرم و مول تبدیل می‌کنیم؟ معادله‌های شیمیایی واکنش‌ها را با استفاده از نسبت‌های مولی توصیف می‌کنند، اما واکنش‌دهنده‌ها برحسب جرم اندازه‌گیری می‌شوند. این تبدیل معادلهٔ موازنه‌شده را به مقداری تبدیل می‌کند که بتوان آن را با ترازو وزن کرد.

جرم مولی یک ترکیب چگونه به دست می‌آید؟ جرم‌های اتمی همهٔ اتم‌های موجود در فرمول را جمع کنید و هر اتم را به تعداد درست، ازجمله اتم‌های داخل پرانتزها و در هیدرات‌ها مولکول‌های آب موجود در بلور، در نظر بگیرید.

آیا می‌توان بدون دانستن جرم مولی، گرم را به مول تبدیل کرد؟ خیر. برای این تبدیل، جرم مولی لازم است. پیش از انجام تبدیل باید جرم مولی را از فرمول شیمیایی پیدا یا محاسبه کرد.

تفاوت وزن مولکولی و جرم مولی چیست؟ این دو عدد با هم برابرند، اما چیزهای متفاوتی را اندازه‌گیری می‌کنند. وزن مولکولی که جرم مولکولی نسبی نیز نامیده می‌شود، یک مولکول را با یک‌دوازدهم اتم کربن-12 مقایسه می‌کند، بنابراین واحد ندارد. جرم مولی جرم یک مول از ماده است و برحسب گرم بر مول بیان می‌شود.

مول‌ها چگونه به تعداد ذرات تبدیل می‌شوند؟ تعداد مول‌ها را در ثابت آووگادرو ضرب کنید: ذرات = مول‌ها × 6.02214076 × 10²³. برای تبدیل برعکس، تعداد ذرات را بر ثابت آووگادرو تقسیم کنید.

هنگام محاسبهٔ جرم مولی چه اشتباه رایجی رخ می‌دهد؟ حذف اتم‌های داخل پرانتزها، مانند اتم‌های موجود در Ca(NO₃)₂، یا فراموش کردن مولکول‌های آب در هیدراتی مانند CuSO₄·۵H₂O.