A1 Ainemäärä ja mooli

Ainemäärä ja sen yksikkö mooli

:rightAtomit ja muut aineiden rakenneosat ovat niin pieniä, että niiden laskeminen yksittäisinä ei tule kysymykseen. Kemiassa on määritelty oma suure, joka helpottaa rakenneosien määrien käsittelyä. Tämä suure on ainemäärä, ja se merkitään kirjaimella n. Ainemäärän yksikkö on mooli. 

Ainemäärä  ilmaisee puhtaan aineen rakenneosien lukumäärän. Mooli, mol, sisältää yhtä monta keskenään samanlaista rakenneosasta (atomia, molekyyliä, ionia tai muuta hiukkasta) kuin on 12 grammassa hiili-12 -isotooppia on atomeja. Tätä lukumäärää nimitetään Avogadron vakioksi. Suuruudeltaan se on 6,022×1023 kappaletta.

Ainemäärä n saadaan yhdisteen massan ja moolimassan suhteesta [[$ n= \frac{m}{M} $]], jossa m on aineen massa grammoina ja M on aineen tai rakenneosan kemiallisen kaavan perusteella laskettu moolimassa. Moolimassan yksikkö on [[$ \frac{\text{g}}{\text{mol}} $]]. Moolimassa voidaan laskea mm. jaksolliseen järjestelmään kirjattujen suhteellisten atomimassojen avulla.

Mooli on tärkeä apuväline kemiallisen reaktion ja sitä kuvaavan reaktioyhtälön kohdalla. Esim. vedyn ja hapen välisen reaktion 
 
2 H2 (g) + O2 (g) [[$ \rightarrow $]] 2 H2O (l)
 
reaktioyhtälö kertoo, että 2 moolia vetymolekyylejä (huomaa olomuotomerkintä kaasu (g), eli 2 x 2 x 1,008 grammaa vetyä eli yhteensä 2 x 2 x 6,022 x 1023 kpl vetyatomeja reagoi 1 moolin happi-kaasun kanssa. Happikaasua on yksi mooli. Yksi mooli happimolekyylejä painaa 2 x 16,00 grammaa jolloin happoatomeja on 2 x 6,022 x 1023 kpl. Koska nämä tässä mainitut luvut ovat hankalia käsitellä, moolin käyttö on luontevaa reaktioyhtälöiden antaman tärkeän informaation vuoksi.

Mooli eri aineita, moolimassa

Moolin määritelmästä seuraa, että yksi mooli hiiltä (C) on massaltaan 12,01 grammaa. Vastaavasti kuparia (Cu) punnitaan 63,55 grammaa. Moolimassa lasketaan suhdekaavan tai molekyylikaavan perusteella. Moolimassaa laskiessasi otetaan huomioon kuinka monta atomia kutakin alkuainetta yhdisteessä on.


https://peda.net/id/cd490dcc4


Yhden vesimoolin (H2O) massa on 18 grammaa. Massa saadaan laskemalla yhteen vetyjen ja hapen moolimassat.

[[$ M\text{(H}_{2}\text{O)} = 2 \cdot 1,008 \frac{\text{g}}{\text{mol}}+16,00\frac{\text{g}}{\text{mol}}=18,016\frac{\text{g}}{\text{mol}} $]]


Yhdisteen Fe(NO3)3 suhdekaavassa rauta-atomeja on 1, typpiatomeja on 3 ja happiatomeja 9.

[[$ M\text{(Fe(NO}_{3}\text{)}_{3}\text{)} = 55,85 \frac{\text{g}}{\text{mol}}+3\cdot (14,01\frac{\text{g}}{\text{mol}}+3\cdot 16,00\frac{\text{g}}{\text{mol}})=241,88\frac{\text{g}}{\text{mol}} $]]


On siis erityisen tärkeä huomata, että ainemäärä ilmoittaa, kuinka paljon kemiallisissa reaktioissa tarvitaan lähtöaineita ja kuinka paljon lopputuotteita syntyy. Tällaisia laskelmia sanotaan stoikiometrisiksi. Ainemäärät reaktioyhtälössä siis ilmoittavat:

  1. Kuinka monta atomia tai kuinka monta molekyyliä kutakin (alku)ainetta reaktiossa tarvitaan ja kuinka monta syntyy. Tätä silmille näkymätöntä kemian tasoa sanotaan mikrotasoksi.

  2. Mielekkään suuruusluokan aineiden massan laskemiseen (ainemäärän yksikkö g/mol, suhteelliset atomimassat taulukossa), jos sitä tarvitaan kokeellisessa työssä. Tätä silmillä nähtävää kemiallista tietoa kutsutaan makrotasoksi.

Ainemäärä on massa jaettuna moolimassalla

Lasketaan vesilitran ainemäärä. Yhden vesilitran massa on tasan 1000 grammaa.
 
[[$ n\text{(H}_{2}\text{O)} = \frac{1000 \text{ g}}{18,016 \frac{\text{g}}{ \text{mol}}} = 55,51 \text{ mol} $]]

Tehtäviä



A1a) Laske aspiriinin C9H8O4 moolimassa.
b) Montako moolia on 450 mg aspiriinia?

A2 a) Mikä on kalsiumkarbonaatin CaCO3 moolimassa?
b) Paljonko painaa 0,0122 mol kalsiumkarbonaattia?

A3. 10,5 mol erästä metallia painoi 586 g. Mikä metalli oli kyseessä?