Το mole και ο αριθμός Avogadro

Σε προηγούμενο βίντεο είδαμε την έννοια της μέσης ατομικής μάζας, που καταλάβαμε θα είναι πολύ σημαντικός τρόπος να σκεφτούμε τη μάζα σε ατομικό επίπεδο, ή μοριακό επίπεδο. Στο βίντεο αυτό θα συνδέσουμε τις μάζες που θα δούμε στο εργαστήριο. Είναι απίθανο να ασχοληθούμε μόνο με ένα άτομο, ή λίγα άτομα ή λίγα μόρια. Μάλλον θα ασχοληθείτε με γραμμάρια μιας ουσίας. Πως πάμε από μάζες σε ατομική κλίμακα σε μάζες , μάζες δειγμάτων που βλέπουμε στο εργαστήριο, ή στην πραγματική κλίμακα. Η χημική κοινότητα έχει βρεί ένα χρήσιμο εργαλείο. Σκέφτηκαν ένα δεδομένο στοιχείο. Ας πούμε λίθιο. Ξέρουμε η μέση ατομική του μάζα είναι 6,94, 6,94 ενοποιημένες ατομικές μονάδες μάζας΄ ανά άτομο λιθίου. Αν υπήρχε ένα πλήθος ατόμων λιθίου τέτοιο ώστε αν το έχω, επί κάποιο αριθμό ατόμων, τότε θα έχω 6,94 γραμμάρια, γραμμάρια λιθίου. Ο αριθμός αυτός είναι 6,02214076 επί 10 στην 23η δύναμη. Αν έχετε ένα δείγμα με αυτό το πλήθος ατόμων λιθίου, το δείγμα θα ζυγίζει 6,94 γραμμάρια. Όποια να είναι η μέση ατομική του μάζα σε όρους ενοποιημένης ατομικής μονάδας μάζας, αν έχετε αυτό τον αριθμό ατόμων, θα έχετε τη μάζα του ίδιου πλήθους σε γραμμάρια. Θα πείτε, υπάρχει όνομα για τον αριθμό αυτό, και όντως υπάρχει όνομα, λέγεται αριθμός Avogadro, προς τιμή Ιταλού χημικού του 19ου αιώνα, Amedeo Avogadro. Και τις περισσότερες φορές δεν χρησιμοποιούμε δεδομένα με τόσα σημαντικά ψηφία, τον χρησιμοποιούμε ως 6,022 επί 10 στην 23. Υπάρχει ακόμα μια λέξη πολύ χρήσιμη για να γνωρίσετε τη χημεία, και αυτή η ιδέα είναι το mole. Τι είναι το mole; Δεν είναι σημάδι στο μάγουλo. Δεν είναι ζώο. Είναι και τα δύο, αλλά στη χημεία, ένα mole είναι μια ποσότητα από κάτι. Ο όρος χρησιμοποιήθηκε από Γερμανό χημικό Wilhelm Ostwald στα τέλη του 19ου αιώνα, και βρήκε τον όρο εξαιτίας της σχέσης του με το μόριο (molecule). Τι σημαίνει; Σκεφτείτε την ντουζίνα. Αν πω ότι έχω μια ντουζίνα αυγά, πόσα αυγά έχω; Αν έχω μια ντουζίνα αυγά, έχω 12 αυγά. Αν πω έχω ένα mole άτομα λιθίου, πόσα άτομα λιθίου έχω; Σημαίνει ότι έχω 6,02214076 επί 10 στην 23 άτομα λιθίου. Ίδια ιδέα ,απλά ο αριθμός Avogadro είναι πιο περίεργος από μια ντουζίνα. Ας χρησιμοποιήσουμε τα νέα μας όπλα το mole και τον αριθμό Avogadro για να κάνουμε χρήσιμα πράγματα. Ας πούμε ότι κάποιος σας λέει, έχω 15,4 χιλιοστά γραμμαρίου (mg) από γερμάνιο. Πόσα άτομα γερμανίου έχω; Κάντε παύση και σκεφτείτε το. Ας κάνω λίγο χώρο που έπιανε ο περιοδικός πίνακας. Ξεκινάμε με 15,4 mg γερμάνιο. Το πρώτο βήμα είναι να το μετατρέψουμε σε γραμμάρια γερμανίου. Θα κάνουμε ανάλυση διαστάσεων. Το πολλαπλασιάζουμε, για κάθε γραμμάριο γερμανίου που είναι ίσο με 1000 mg, mg γερμανίου. Αν πολλαπλασιάσουμε με το 1/1000 ή δια 1000 θα πάρουμε γραμμάρια γερμανίου. Βλέπετε ότι στην ανάλυση διαστάσεων βλέπουμε ότι αυτό θα διαγραφεί με αυτό δίνοντας μας γραμμάρια γερμανίου. Τώρα που έχουμε τα γραμμάρια γερμάνιου, σκεφτόμαστε τα moles γερμανίου. Πως το κάνουμε; Θα πολλαπλασιάσουμε με κάποια ποσότητα, και στον παρονομαστή θέλουμε γραμμάρια γερμανίου για να δουλέψει η ανάλυση διαστάσεων, γραμμάρια γερμανίου , και στον αριθμητή θέλουμε τη νέα έκφραση να είναι moles γερμανίου. Έτσι 1 mole γερμάνιο ισούται με πόσα γραμμάρια γερμανίου; Το βλέπουμε εδώ. Η μοριακή μάζα του γερμανίου είναι 72,63 γραμμάρια ανά mole. Για κάθε mole έχουμε 72,63 γραμμάρια γερμανίου. Οι μονάδες βγαίνουν. Τα γραμμάρια γερμανίου θα διαγραφούν με τα γραμμάρια γερμανίου δίνοντας μας moles γερμανίου. Σε πραγματική χημική εφαρμογή, η εύρεση των mole ουσίας μπορεί να είναι το πιο χρήσιμο πράγμα, αλλά αν θέλουμε τα πραγματικά άτομα γερμανίου που έχουμε, απλά πολλαπλασιάζουμε με των αριθμό ατόμων που έχουμε ανά mole. Αυτό ισχύει για κάθε στοιχείο. Για κάθε mole, έχουμε αριθμό Avogadro πλήθος ατόμων. Θα το στρογγυλοποιήσουμε στο 6,022 επί 10 στην 23η άτομα γερμανίου, για κάθε 1 mole γερμανίου. Ας κάνουμε μια ανασκόπηση τι κάναμε, είχαμε mg γερμανίου. Πολλαπλασιάζουμε αυτά τα δυο, έχουμε γραμμάρια γερμανίου, βγάζει νόημα, διαιρείται με 1000. Αν κάναμε τα γραμμάρια γερμανίου επί τα moles ανά γραμμάριο, που είναι το αντίστροφο της μοριακή μάζα που έχουμε εδώ, για να είμαστε σίγουροι ότι βγάζει νόημα, οι μονάδες βγαίνουν στη ανάλυση διαστάσεων, αυτό εδώ μας λέει τα moles μας, moles γερμανίου. Αν πάρετε τα moles και πολλαπλασιάστε με τον αριθμό Avogadro, σας δίνει πόσα άτομα γερμανίου έχουμε, βγάζει νόημα. Αν είχα έναν αριθμό ντουζίνες αυγά, αν ήθελα να ξέρω πόσα αυγά έχω θα πολλαπλασίαζα με 12. Αυτή η έκφραση είναι το πλήθος ατόμων, ατόμων γερμανίου. Αν έχουμε 15,4 mg. Αν θέλουμε να βρούμε πόσα γραμμάρια έχουμε διαιρούμε με 1000, αυτά μας λέει η ανάλυση διαστάσεων, και βγάζει νόημα, δια 1000. Τόσα γραμμάρια έχουμε. Αν θέλουμε να βρούμε πόσα moles, θα είναι μικρό μέρος του mole επειδή ένα mole είναι 72,63 γραμμάρια ανά mole, έχουμε ένα μικρό μέρος γραμμαρίου, πολύ λιγότερο από 72,63 γραμμάρια. Και είδαμε από την ανάλυση τον αριθμό moles, θα διαιρέσουμε στην ουσία με 72,63, δια 72,63 ισούται με, αυτό είναι ο αριθμός moles γερμανίου που έχουμε. Αν θέλουμε το πλήθος ατόμων γερμανίου, θα πολλαπλασιάσουμε αυτό με τον αριθμό Avogadro. Επί 6,022 επί 10 στην 23η, αυτό το ΕΕ σημαίνει 10 εις την, ΕΕ 23η δύναμη, έτσι γίνεται στο κομπιουτεράκι. Μας δίνει τόσα πολλά άτομα. Ας δούμε τα σημαντικά ψηφία, τα σημαντικά ψηφία, από όλα όσα πολλαπλασιάσαμε, είχαμε 4 σημαντικά ψηφία εδώ, 4 σημαντικά ψηφία εδώ, αλλά είχαμε 3 εδώ, στρογγυλοποιούμε στα 3 σημαντικά ψηφία. Θα κάνω 1,28 επί 10 στην 20 άτομα. Έχουμε περίπου 1,28 επί 10 στην 20 η άτομα γερμανίου, που είναι πολλά.