สมัครเรียนออนไลน์ กับครูสอน Tuemaster
คลิกเลยBlog บทความออนไลน์
โมลและสูตรเคมี
โมลและสูตรเคมี
มวลอะตอม
เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก มวลของอะตอมก็น้อยมากเช่นกัน การที่จะวัดมวลอะตอมจึงทำได้ยาก ดังนั้นจึงได้มีการนิยามมวลอะตอม (atomic mass) เป็นมวลอะตอมสัมพัทธ์ (relative atomic mass) เปรียบเทียบกับธาตุที่กำหนด โดยเริ่มแรกนั้น ดอลตัน (John Dalton) ได้กำหนดให้
ดังสมการข้างล่าง
จากนั้นได้มีการเปลี่ยนเป็นเปรียบเทียบกับธาตุออกซิเจน เพราะธาตุออกซิเจนทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นได้ง่าย
แต่เนื่องจากออกซิเจนมีมวลเป็น 16 เท่าของไฮโดรเจนจึงได้นิยามเป็น
แต่เนื่องจากธาตุออกซิเจนมีหลายไอโซโทป คือ 16O, 17O และ 18O
ซึ่ง นักเคมีและนักฟิสิกส์ กำหนดมวลอะตอมของธาตุออกซิเจนไม่เหมือนกัน โดยนักเคมีใช้มวลอะตอมเฉลี่ยของทั้ง 3 ไอโซโทป แต่นักฟิสิกส์ใช้เฉพาะมวลของ 16O
จึงได้มีการตกลงกันใหม่โดยให้ใช้เป็น
ดังนั้นนิยามในปัจจุบันคือ
ซึ่งมวลของ 1/12 มวลของ 12C นั้นเท่ากับ 1.66 x 10-24 กรัม ดังนั้น
มวลอะตอมของธาตุ = มวลของธาตุ 1 อะตอม (g) / 1.66 x 10-24 g
| ก่อนที่นักเรียนจะเรียนรู้ว่าโมล คืออะไร เรามาทำความรู้จักกับอะตอม มวลโมเลกุล สูตรโมเลกุล และน้ำหนักโมเลกุลกันเสียก่อน | |
| อะตอม |
เป็นส่วนที่เล็กที่สุดของธาตุ ที่สามารถแสดงคุณสมบัติของธาตุนั้นๆ ได้ เช่น H , S , Al , Fe เป็นต้น ส่วนธาตุที่มีเลขอะตอมเหมือนกัน แต่มีเลขมวลต่างกันก็จัดเป็นธาตุเดียวกัน มีสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่มีสมบัติทางกายภาพบางประการต่างกัน เรียกว่า เป็นไอโซโทปกัน เช่น |
| โมเลกุล | เกิดจากการรวมกันของอะตอม สามารถแบ่งออกได้เป็น
1. โมเลกุลอะตอมเดี่ยว ได้แก่ พวกแก๊สเฉื่อย He, Ne, Ar , Kr , Xe, Rn 2. โมเลกุลอะตอมคู่ เช่น H2 , O2 ,N2 ,HCl , CO , HF 3. โมเลกุลหลายอะตอม P4, S8, H2O, CH4, C6H12O6 |
อะตอม มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร(1A ํ) อะตอมที่เบาที่สุดหนัก 1.66 x 10-24 กรัม อะตอมที่หนักที่สุดหนัก 250 x 1.66 x 10-24 กรัม
รูปแสดงเกิดพันธะของอะตอมกลายเป็นโมเลกุล
| มวลอะตอม |
เป็นมวลเปรียบเทียบ โดยเทียบจากมวลของ C-12 1 อะตอม มีหน่วยเป็น amu (atomic mass unit) ในธรรมชาติธาตุแต่ละชนิดอาจมีหลายไอโซโทป และพบในจำนวนที่ต่างกัน มวลอะตอมที่ระบุในตารางธาตุ จึงเป็นมวลอะตอมเฉลี่ยของไอโซโทปทั้งหมด ซึ่งเรียกว่า มวลอะตอมเฉลี่ย เปอร์เซนต์ของธาตุ = อัตราส่วนที่พบในธรรมชาติ x 100% ดังนั้น มวลอะตอมที่เขียนไว้ในตารางธาตุ ก็คือ มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ นั่นเอง |
ตัวอย่างที่ 1 ในธรรมชาติพบไอโซโทปของ Ne ได้ 3 ไอโซโทปโดยมีเปอร์เซนต์ในธรรมชาติและมวลอะตอมดังนี้
20Ne มี 90.51%, 19.99244 amu,
21Ne มี 0.27%, 20.99395 amu
22Ne มี 9.22%, 21.99138 amu
จงคำนวณน้ำหนักเฉลี่ยของมวลอะตอมนีออน
แนวคิด
| อัตราส่วนที่พบของ 20Ne x มวลอะตอม = |  |
| อัตราส่วนที่พบของ 21Ne x มวลอะตอม = |  |
| อัตราส่วนที่พบของ 22Ne x มวลอะตอม = |  |
| ดังนั้น มวลอะตอมเฉลี่ยของ Ne = 18.0952amu + 0.0567amu + 2.0276amu = 20.1795amu | |
หมายเหตุ 1 amu = 1.66 x 10 -24 g ในบางครั้งเมื่อกล่าวถึงมวลอะตอม หรือมวลโมเลกุลอาจละหน่วยได้
มวลโมเลกุล เป็นผลบวกของมวลอะตอมของแต่ละธาตุในโมเลกุลนั้น
ตัวอย่างที่ 2 การคำนวณมวลโมเลกุลของ NH3
มวลอะตอมของ N = 14 และมวลอะตอมของ H = 1
ดังนั้นมวลโมเลกุลของ NH3 = 14 + (1x3) = 17
ตัวอย่างที่ 3 จงคำนวณมวลโมเลกุลของ KMnO4
มวลอะตอมของ K= 39 มวลอะตอมของ Mn = 55 และมวลอะตอมของ O = 16
ดังนั้น มวลโมเลกุลของ KMnO4 = 39 +55+ (16x4) = 158
ตัวอย่างที่ 4 จงคำนวณมวลโมเลกุลตามสูตรของ MgCl2
มวลอะตอมของ Mg= 24 มวลอะตอมของ Cl = 35.5
ดังนั้น มวลโมเลกุลของ MgCl2 = 24 + (35.5x2) = 95
| โมล |
เราสามารถนับจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลที่อยู่ในสารชนิดหนึ่งได้หรือไม่? เรานับได้แต่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดังนั้น ถ้ากำหนดหน่วยขึ้นมาเพื่อที่จะสามารถมองเห็นภาพได้ชัดเจน เช่น ใช้หน่วยโหลเพื่อใช้นับของจำนวน 12 ชิ้น หรือของจำนวน 12 โหล เป็นจำนวน 1 กุรุส ดังนั้น โมลก็ถือว่าเป็นตัวคูณจำนวนที่ต้องการแสดงว่ามีมากจนสามารถเห็นภาพของจำนวนได้ว่ามากหรือน้อยเท่าใด รูปข้างล่างแสดงถึงจำนวนเชอร์รี่ 1 ลูก แต่ถ้าเพิ่มจำนวนมากขึ้น เป็น 12 ลูก เราก็จะเปลี่ยนว่ามี เชอร์รี่ 1โหล เอาเป็นว่า เรารู้กันว่า 1 โหลมันมี 12 ลูก แต่ถัาเรากำหนดเองว่า ทีนี้จะใส่เชอร์รี่ลงไป 40 ลูก กำหนดว่ามันคือ 1 ถาด ถ้าสมมติว่าเราอยากจะสั่งเชอร์รี่ 1 โมลต้องมีกี่ลูกนะ? (แต่ในความเป็นจริงไม่มีใครใช้โมลในการนับจำนวนของ เราเอาไว้ใช้กับอะตอมน่าจะเหมาะสมกว่า) แล้วถ้าลองนำเชอร์รี่มาชั่งนำหนัก 1ลูก จะเท่ากับ กล้วย 1 ลูกหรือไม่ คำตอบคือไม่เท่ากันอยู่แล้ว
|
ดังนั้นอะตอมเป็นหน่วยที่เล็กเราจึงกำหนดหน่วยเป็นโมล ซึ่ง 1 โมล มีจำนวนเท่ากับ 6.02x1023 อนุภาค (อะตอม ,โมเลกุล หรือไอออน) เราเรียกค่านี้ว่า ค่าคงที่ของอาโวกาโดร (NA)
ดังนั้น โมล คือ จำนวนของสารซึ่งมีจำนวนอนุภาคเท่ากับจำนวนอะตอม ของ C-12 จำนวน 12 กรัม โดยเขียนความสัมพันธ์ได้ว่า
| 1 โมลของ C | = 6.02 x 1023 อะตอม | = 12 g |
| 1 โมลของ CO2 | = 6.02 x 1023 โมเลกุล | = 44 g |
| 1 โมลของ NaCl | = 6.02 x 1023 โมเลกุล | = 58.5 g |
ดังนั้น สารใดๆ 1 โมล มีมวลเท่ากับมวลอะตอม หรือมวลโมเลกุล หน่วยเป็นกรัม
เราจะได้ความสัมพันธ์ของโมล คือ
โมล =(มวลเป็นกรัม(g) /มวลโมเลกุล (g/mol) )
ตัวอย่างที่ 5 จงคำนวณจำนวนกรัมของ 0.155 โมลของ CH4
แนวคิด
|
มวลโมเลกุลของ CH4 = 12+(4x1) =
|
16 |
|
ดังนั้นจำนวนกรัมของ CH4 =
|
(16g/1mol )X0.155 = 2.48 g
|
ตัวอย่างที่ 6 จงคำนวณ
1. จำนวนกรัมของโซเดียม 1 อะตอม
2. จำนวนอะตอมของ Cl ที่พบใน 1.38 กรัม ของ MgCl2
แนวคิด
1. จำนวนกรัมของโซเดียม 1 อะตอม
2. จำนวนอะตอมของ Cl ที่พบใน 1.38 กรัม ของ MgCl2
ตัวอย่างที่ 7 He 1 กรัม มีจำนวนอะตอมเท่าไร
แนวคิด
มวลโมเลกุลของ He = 4 g/mol
การหาเปอร์เซนต์มวลองค์ประกอบจากสูตรเคมี
เราสามารถหามวลขององค์ประกอบในสูตรโมเลกุลได้ โดยคำนวณเป็นเปอร์เซนต์ของอัตราส่วนระหว่างธาตุกับมวลโมเลกุลของสารประกอบนั้นๆ
เปอร์เซนต์โดยมวล = อัตราส่วนมวลของธาตุ x 100%
ตัวอย่างที่ 8 จงคำนวณหาเปอร์เซนต์โดยมวลของ C ใน butane (C4H10)
1. C4H10 (สูตรโมเลกุลประกอบด้วย C 4 อะตอมและ H 10 อะตอม)
2. มวลของ C ในโมเลกุลของบิวเทน คือ (4 x 12.001) g = 48.004 g
3. มวลของ Hในโมเลกุลของบิวเทน คือ (10 x 1.0079) g = 10.079 g
4. มวลโมเลกุลของบิวเทน คือ 48.004 + 10.079 g = 58.123 g
| 5. เปอร์เซนต์โดยมวลของ C ในบิวเทน คือ | (48.004/ 58.123)X100%=82.66% |
มวลสูตรของ แมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) เท่ากับมวลอะตอมของแมกนีเซียมรวมกับมวลอะตอมของออกซิเจน คือ 24.31 + 16.00 = 40.31
และมวลต่อโมลของสารมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับมวลสูตรของสารนั้น
ดังนั้น มวลต่อโมลของแมกนีเซียมออกไซด์เท่ากับ 40.31 กรัมต่อโมล
นอกจากนี้ยังมีความสัมพันธ์ระหว่างโมล มวลและปริมาตรของแก๊สซึ่งเราควรจะจำให้ได้ โดยที่
ความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถทำเป็นแผนภาพได้ดังนี้
