เครื่องแปลงกรัมเป็นโมล | เครื่องคำนวณเคมีฟรี

การแปลงกรัมเป็นโมลคืออะไร?

การแปลงกรัมเป็นโมลคือกระบวนการหาว่ามวลของสารที่กำหนดมีจำนวนกี่โมล โมลเป็นหน่วยที่นักเคมีใช้สำหรับนับอะตอม โมเลกุล หรือไอออน การแปลงกรัมเป็นโมลเชื่อมโยงมวลที่วัดด้วยเครื่องชั่งในห้องปฏิบัติการกับจำนวนอนุภาคที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมี

สมการเคมีอธิบายปฏิกิริยาในรูปของโมล โดยสารหนึ่งโมลทำปฏิกิริยากับสารอีกชนิดหนึ่งตามจำนวนโมลที่กำหนด เครื่องชั่งวัดมวลเป็นกรัม การแปลงระหว่างสองหน่วยนี้ทำให้นักเคมีเปลี่ยนสมการที่ดุลแล้วให้เป็นปริมาณจริงที่ต้องชั่ง

สารใด ๆ หนึ่งโมลประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจำนวน 6.02214076 × 10²³ พอดี จำนวนนี้เรียกว่าค่าคงที่อาโวกาโดร ค่านี้ถูกกำหนดให้เป็นค่าดังกล่าวอย่างตายตัวในปี 2019 เมื่อการประชุมใหญ่ด้านการชั่งตวงวัด (CGPM) ปรับปรุงนิยามของโมล

สูตรการแปลงกรัมเป็นโมล

จำนวนโมลเท่ากับมวลหน่วยกรัมหารด้วยมวลโมลาร์ของสาร:

$\text{โมล} = \frac{\text{มวล (กรัม)}}{\text{มวลโมลาร์ (กรัม/โมล)}}$

หากต้องการแปลงย้อนกลับจากโมลเป็นกรัม ให้คูณแทนการหาร:

$\text{มวล (กรัม)} = \text{โมล} \times \text{มวลโมลาร์ (กรัม/โมล)}$

มวลโมลาร์ คือมวลของสารหนึ่งโมล ซึ่งมีหน่วยเป็นกรัมต่อโมล (g/mol) สำหรับธาตุเดี่ยว มวลโมลาร์คือมวลอะตอมที่แสดงในตารางธาตุ สำหรับสารประกอบ มวลโมลาร์คือผลรวมมวลอะตอมของอะตอมทุกตัวในสูตร

วิธีคำนวณมวลโมลาร์

หากต้องการหามวลโมลาร์ของสารประกอบ ให้รวมมวลอะตอมของแต่ละธาตุ โดยคูณด้วยจำนวนครั้งที่ธาตุนั้นปรากฏในสูตร ตัวห้อยในสูตรแสดงจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ

• ไฮโดรเจน (H): 1.008 ก./โมล
• คาร์บอน (C): 12.011 ก./โมล
• ออกซิเจน (O): 15.999 ก./โมล
• น้ำ (H₂O): 2(1.008) + 15.999 = 18.015 ก./โมล โดยทั่วไปเขียนเป็น 18.02 ก./โมล
• กลูโคส (C₆H₁₂O₆): 6(12.011) + 12(1.008) + 6(15.999) = 180.16 ก./โมล

มวลอะตอมเหล่านี้เป็นค่ามาตรฐานที่เผยแพร่โดย IUPAC ตำราเก่ามักปัดมวลอะตอมของออกซิเจนเป็น 16.00 ซึ่งทำให้มวลโมลาร์เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตำแหน่งทศนิยมสุดท้าย

วงเล็บในสูตรมีผลกับอะตอมทุกตัวที่อยู่ภายในนั้น แคลเซียมฟอสเฟต Ca₃(PO₄)₂ มีอะตอมแคลเซียม 3 อะตอม ฟอสฟอรัส 2 อะตอม และออกซิเจน 8 อะตอม (ออกซิเจน 2 กลุ่ม กลุ่มละ 4 อะตอม) ไม่ใช่มีอย่างละหนึ่งอะตอม

ไฮเดรต เช่น คอปเปอร์(II) ซัลเฟตเพนตะไฮเดรต (CuSO₄·5H₂O) มีโมเลกุลน้ำยึดอยู่ภายในผลึก ต้องนำมวลของโมเลกุลน้ำเหล่านั้นไปรวมในมวลโมลาร์ด้วย สำหรับ CuSO₄·5H₂O หมายถึงการบวก 5 × 18.02 ก./โมล สำหรับโมเลกุลน้ำทั้งห้าโมเลกุล

ตัวอย่างการคำนวณ

โจทย์: จงแปลงโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 25 ก. เป็นโมล

ขั้นตอนที่ 1: หามวลโมลาร์ของ NaCl

• โซเดียม (Na): 22.99 ก./โมล
• คลอรีน (Cl): 35.45 ก./โมล
• NaCl: 22.99 + 35.45 = 58.44 ก./โมล

ขั้นตอนที่ 2: หารมวลด้วยมวลโมลาร์

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

ดังนั้น NaCl 25 ก. เท่ากับ 0.4278 mol ตัวแปลงจะปัดผลลัพธ์ทุกค่าเป็นทศนิยมสี่ตำแหน่ง จึงแสดง 0.4278 สำหรับตัวอย่างนี้

ตัวแปลงยังทำงานย้อนกลับได้ด้วย เมื่อเปลี่ยนเป็นการแปลงโมลเป็นกรัม จะหามวลของโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.05 mol (NaOH ซึ่งมีมวลโมลาร์ 40.00 ก./โมล):

$\text{มวล} = 0.05 \text{ mol} \times 40.00 \text{ กรัม/โมล} = 2.0 \text{ g}$

มวลโมลาร์ไม่สามารถเป็นศูนย์ได้ เพราะการหารด้วยศูนย์ไม่มีคำตอบ เมื่อตั้งค่าช่องมวลโมลาร์เป็น 0 ตัวแปลงจะแสดงข้อผิดพลาดแทนผลลัพธ์

เหตุใดการแปลงนี้จึงสำคัญ

สมการเคมีที่ดุลแล้วระบุอัตราส่วนโมลระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ แต่รีเอเจนต์วัดเป็นมวล การแปลงกรัมเป็นโมลคือขั้นตอนที่เชื่อมโยงทั้งสองสิ่งเข้าด้วยกัน

ปริมาณสัมพันธ์ของปฏิกิริยา ในปฏิกิริยา 2H₂ + O₂ → 2H₂O ไฮโดรเจนแก๊ส 10 ก. แปลงเป็น 10 ÷ 2.016 = 4.96 mol ของ H₂ สมการแสดงอัตราส่วน 2:1 ของ H₂ ต่อ O₂ ดังนั้น 4.96 mol ของ H₂ ต้องใช้ 2.48 mol ของ O₂ ซึ่งเท่ากับ 2.48 × 32.00 = 79.4 ก. ของ O₂

การเตรียมสารละลาย การเตรียมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 0.1 mol/ลิตร ปริมาตร 500 มล. ต้องใช้ NaOH 0.1 × 0.5 = 0.05 mol ซึ่งมีมวล 0.05 × 40.00 = 2.0 ก.

โจทย์สารจำกัดปริมาณ เมื่อผสมสารตั้งต้นสองชนิด การแปลงสารแต่ละชนิดเป็นโมลแล้วเปรียบเทียบกับสมการที่ดุลแล้วจะแสดงว่าสารใดหมดก่อนและเป็นตัวจำกัดปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น

สูตรอย่างง่าย ข้อมูลจากห้องปฏิบัติการมักให้ร้อยละมวลของแต่ละธาตุในสารประกอบ การแปลงมวลของแต่ละธาตุเป็นโมลแล้วเปรียบเทียบอัตราส่วนโมล จะได้สูตรอย่างง่ายที่มีจำนวนอะตอมเป็นจำนวนเต็มของสารประกอบ

มวลโมลาร์ที่พบบ่อย

ประวัติของโมล

อเมเดโอ อาโวกาโดรเสนอในปี 1811 ว่าแก๊สที่มีปริมาตรเท่ากัน ณ อุณหภูมิและความดันเดียวกัน จะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน แนวคิดนี้ซึ่งปัจจุบันเรียกว่ากฎของอาโวกาโดร เป็นก้าวแรก ๆ ที่นำไปสู่การเชื่อมโยงมวลกับจำนวนอนุภาค โดยทั่วไปยกให้วิลเฮล์ม ออสต์วัลด์ นักเคมี เป็นผู้ใช้คำว่า “โมล” ในช่วงทศวรรษ 1890 โดยมาจากคำภาษาเยอรมันว่า “Mol” ซึ่งย่อมาจากคำว่าน้ำหนักโมเลกุล

ในปี 1971 โมลกลายเป็นหน่วยฐานเอสไออย่างเป็นทางการ โดยนิยามว่าเป็นปริมาณสารที่มีอนุภาคมูลฐานเท่ากับจำนวนอะตอมของคาร์บอน-12 ที่มีมวล 12 ก. ในปี 2019 ระบบเอสไอได้รับการปรับปรุง โดยนิยามโมลโดยตรงจากค่าคงที่อาโวกาโดรที่กำหนดตายตัว คือ 6.02214076 × 10²³ แทนการอ้างอิงตัวอย่างทางกายภาพของคาร์บอน-12

คำถามที่พบบ่อย

โมลในเคมีคืออะไร โมลเป็นหน่วยเอสไอสำหรับปริมาณสาร โมลหนึ่งโมลของสิ่งใดก็ตามมีอนุภาค 6.02214076 × 10²³ อนุภาค เช่นเดียวกับที่หนึ่งโหลหมายถึงสิ่งของ 12 ชิ้น โมลทำให้นักเคมีสามารถนับอนุภาคได้ด้วยการชั่งมวล

เหตุใดจึงต้องแปลงระหว่างกรัมกับโมล สมการเคมีอธิบายปฏิกิริยาโดยใช้อัตราส่วนโมล แต่รีเอเจนต์วัดเป็นมวล การแปลงนี้เปลี่ยนสมการที่ดุลแล้วให้เป็นปริมาณที่สามารถชั่งด้วยเครื่องชั่งได้

หามวลโมลาร์ของสารประกอบได้อย่างไร รวมมวลอะตอมของอะตอมทุกตัวในสูตร โดยนับอะตอมแต่ละตัวตามจำนวนที่ถูกต้อง รวมถึงอะตอมภายในวงเล็บ และในกรณีไฮเดรตให้รวมโมเลกุลน้ำในผลึกด้วย

สามารถแปลงกรัมเป็นโมลโดยไม่ทราบมวลโมลาร์ได้หรือไม่ ไม่ได้ ต้องใช้มวลโมลาร์ในการแปลง โดยต้องค้นค่าหรือคำนวณจากสูตรเคมีก่อนจึงจะแปลงได้

น้ำหนักโมเลกุลกับมวลโมลาร์แตกต่างกันอย่างไร ตัวเลขทั้งสองมีค่าเท่ากัน แต่ใช้วัดสิ่งต่างกัน น้ำหนักโมเลกุลซึ่งเรียกอีกอย่างว่ามวลโมเลกุลสัมพัทธ์ เปรียบเทียบโมเลกุลหนึ่งโมเลกุลกับหนึ่งในสิบสองของอะตอมคาร์บอน-12 จึงไม่มีหน่วย ส่วนมวลโมลาร์คือมวลของสารหนึ่งโมล มีหน่วยเป็นกรัมต่อโมล

แปลงโมลเป็นจำนวนอนุภาคได้อย่างไร คูณจำนวนโมลด้วยค่าคงที่อาโวกาโดร: จำนวนอนุภาค = จำนวนโมล × 6.02214076 × 10²³ หากต้องการแปลงย้อนกลับ ให้หารจำนวนอนุภาคด้วยค่าคงที่อาโวกาโดร

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการคำนวณมวลโมลาร์คืออะไร การลืมนับอะตอมภายในวงเล็บ เช่น ใน Ca(NO₃)₂ หรือลืมรวมโมเลกุลน้ำในไฮเดรต เช่น CuSO₄·5H₂O