Itt van 3,21 gramm kénpor. A kérdés: hány kénatom található ebben? Elsőre nevetségesnek hangzik ez a kérdés. Úgy értem, nagyon-nagyon sok atomból áll. Hogyan tudjuk ezt megszámolni? Erre találunk választ ebben a videóban. Ehhez be kell vezetnünk a mól fogalmát. Kezdjük is el! A mól fogalmának bevezetéséhez először szükségünk lesz egy új tömegegységre, amellyel az atomok tömegét leírhatjuk. Az atomok nagyon aprók. A tömegük is hihetetlenül kicsi lesz. A kilogrammot és grammot így nagyon kényelmetlen volna használni. Bevezetünk egy új egységet, az atomi tömegegységet, amit amu-val vagy u-val jelölünk. Ez nagyon kicsi tömegegység. Tömegegység ugyanúgy, mint a gramm és a kilogramm. De természetesen mindig, amikor új egységről hallunk, fel kell tennünk a kérdést: mekkora ez az egység? Mi a definíciója ennek az egységnek? Mekkora 1 u? Íme a definíció: Veszünk egy 12-es tömegszámú szén izotóp atomot. Ennek tömege definíció szerint 12 u. Ezt nem mértük meg, hanem így rögzítettük. Úgy döntöttünk, hogy a szén-12 izotópatom tömege legyen 12 u. Pontosan. Érthető? Mi tehát 1 u? Ha egy 12-es szén izotópatom tömege 12 u, 1 u az atom tömegének 1/12 része, igaz? Tehát az atomi tömegegységet úgy definiáljuk, hogy az 1/12 része egy 12-es szén izotópatom tömegének. Ez így érthető? Biztos vagyok benne, hogy akadnak most kérdések. Például: miért pont a 12-es szén izotópot választották referenciának, miért nem valamelyik másik elemet? Igazából a hidrogén volt az első referencia elem, mivel az a legkisebb tömegű elem. Ezzel azonban több probléma is volt, elvetették és váltottak az oxigénre, hiszen ez az elem is nagyon gyakori, de újabb gondokba ütköztek. Végül a szén mellett döntöttek, hiszen nagyon gyakori elem ez is. Nem megyünk bele a történet részleteibe, de egy elemet mindenképpen ki kellett választani, és végül a 12-es szénizotóp lett az összehasonlítás alapja. Egy másik kérdés, ami felmerülhet: miért rögzítjük a 12-es szén izotóp egy atomjának tömegét 12 u értéken? Miért nem valami más szám? Miért pont 12? Ezt itt láthatod: Hány protonja és neutronja is van a szénatomnak? Összesen 12, vagyis 6 protonja és 6 neutronja van, az összesen 12 elemi részecske. Itt együtt számoljuk a protonokat és a neutronokat, mert a tömegük közel azonos. Valójában a neutron kicsit nehezebb, mint a proton. Ahhoz, hogy most megértsük, a proton és neutron tömegét azonosnak vehetjük. Tehát van összesen 12 elemi részecske (nukleon). Ha ennek a 12 elemi részecskének a tömegét 12 u-nak vesszük, mi is történt? Tulajdonképpen azt mondjuk, hogy legyen egy proton vagy neutron tömege nagyjából 1 u. Ez volt az egész elgondolás lényege. OK? 1 u tehát egy proton vagy neutron tömegét jelenti, bár ismétlem, hogy a tömegük nem egyezik meg, de mivel közel azonos, ezért vehetjük 1 u-nak. Tehát egy proton és egy neutron tömege is nagyon közel van 1 u-hoz, de nem pontosan annyi. Ennek ellenére így meg lehet érteni mit jelent az u egység. A proton, illetve a neutron tömegének felel meg. Most, hogy ez már világos, oldjuk meg a következő feladatot! Mennyi lehet az O-16 izotóp egy atomjának tömege? Mennyi lesz egy ilyen atom tömege atomi tömegegységben? Összesen 16 elemi részecske van van az atommagban, 8 proton és 8 neutron, vagyis összesen 16, és mivel mindegyik részecskének 1 u a tömege, és összesen 16 van az atommagban, az oxigénatom tömege kb. 16 u lesz. Ismétlem: nem lesz pontosan 16 u, hiszen a protonok és neutronok tömege nem pontosan 1 u, de igen közel van ahhoz. Most nézzük egy klórizotópot! Egy konkrét izotópot, a klór leggyakoribb izotópját a 35-ös klórizotópot! Az atommagjában a 17 proton és 18 neutron található, összesen 35. Tehát a 35-ös klórizotóp tömege nagyjából 35 u lesz. Logikus, igaz? Akkor jöjjön még egy kérdés, amit feltehetünk magunknak. Térjünk vissza a szénhez! Minden (12-es) szénatom tömege 12 u, definícióból következően. Hány darab ilyen szénatom kell, hogy az össz tömegük pontosan 12 gramm legyen? Gondolhatod, hogy igen sok atom lesz. Mivel minden atom tömege nagyon kicsi, és 12 grammot szeretnénk, várhatóan milliárd és milliárd és milliárd atom lesz. De a nagy kérdés az, hogy hány atom kell ahhoz, hogy 12 gramm legyen az össztömeg. Sikerült meghatározni ezt a darabszámot. Itt sem megyünk bele a részletekbe, jó? Pedig nagyon izgalmas történet ez is, de most erre nem térünk ki. A lényeg, hogy meghatározták ezt a darabszámot, és ez az a szám: 6,022, és vannak még további tizedesek is, szorozva 10 a 23-onnal, ami, mint látható egy óriási szám. Ha ennyi szénatomot, 12-es tömegszámút veszünk , akkor ennek a tömege 12 gramm. Ezt a számot nevezzük Avogadro-számnak, Amadeo Avogadro után, aki sokat dolgozott ezen az elméleten. Láthatjuk tehát ennek a számnak milyen nagy jelentősége van. Most már megszámlálhatjuk a szén atomjait! Ha veszünk 12 gramm 12-es tömegszámú szenet, akkor tudjuk, hogy ennyi szénatom van benne. C-12. Ennyi C-12 atom. Ha 24 gramm szenet adsz, kétszer annyi atomnak kell lennie benne. Ha hat grammot, akkor feleannyinak. Megmondod nekem a C-12 tömegét, és ennek a számnak a segítségével megmondom, hány atomból áll. Csodálatos, nem? Más szavakkal: ez lesz a váltószám, amivel erről a pici tömegegységről, az u-ról áttérhetünk a jól ismert nagy egységre, a grammra. Ha az u-ban vett értéket megszorozzuk ezzel a számmal, megkapjuk a tömeget grammban. És ha valahol valamiből Avogadro-számnyi van, azt hívjuk egy mólnak. Ugyanúgy, ahogy 12 dolgot egy tucatnak hívunk, bármi lehet az a 12 dolog. Lehet ilyen mennyiségű atom, akkor az egy mól atom, de lehetne ennyi baba is, akkor az egy mól baba. Őrült nagy szám, de így érthető. A mól szó a latin "molekula" szóból ered, mely nagyon apró mennyiséget jelent. De mi is egy mól? A mól az Avogadro-számnak felel meg, ennyi dolgot jelent. Lehet atomoknak, molekuláknak, részecskéknek, vagy bármi másnak a száma. Mitől különleges ez a szám? Ez a parányi atomi tömegegység (u) és a gramm közti váltószám. Veszed ezt a számot, megszorzod ezzel, és megkapod grammban. Most nézzük meg, hogy érthető volt-e. Mit gondolsz, mekkora a tömege egy mól oxigén-16 atomnak? Ha Avogardo-számnyi O-16 atom van együtt, mennyit fognak nyomni összesen? Egy Avogadro-számnyi 12 u tömegű atom 12 gramm tömegű lesz. Így egy Avogadro-számnyi 16 u tömegű atom tömege 16 gramm lesz. Ezt jelenti egy váltószám. Minden atomra működik, amelynek van bármi tömege. (Azaz mindegyikre.) Megszorzod ezzel a számmal, és megkapod a tömeget grammban. Hasonlóan, ha Avogadro-számnyi Cl-35 atomunk van, tehát egy mól Cl-35, annak a tömege 35 gramm. Világos? Másképpen fogalmazva: a szén-12 moláris tömege 12 gramm/mól. Az oxigén-16 esetében ez 16 g/mol. Azért mondom így, hogy oxigén-16, mert, ne feledjük, más izotópok is léteznek. A különböző izotópatomok tömege is különbözik, így a moláris tömegük is eltérő. Tehát az O-16 izotóp moláris tömege 16 g/mol, a klór-35 moláris tömege 35 g/mol. Ezekben a példákban tiszta izotópokat vizsgáltunk, de a gyakorlatban általában nem így van. Tiszta C-12 izotópot néztünk, ahol minden atom C-12, illetve egy tiszta klórizotópot, ahol minden atom Cl-35 volt, de a valóság általában más. Ha veszünk egy adag klórt, sok Cl-35 lesz benne, de más izotópok is előfordulnak. A Cl-35 mellett a másik gyakori izotóp a Cl-37. Bonyolultnak hangzik, de ez nem probléma számunkra. Az egész elgondolás így is működik. Nézzünk egy példát! A periódusos rendszerben látjuk, hogy a klór atomtömegéhez nem 35-öt írtak, hanem 35,45-öt. Elég jelentősen eltér a 35-től. Miért? Azért, mert a klórban mindig van nagy mennyiségű Cl-37 is. Tulajdonképpen átlagot számolunk, pontosabban súlyozott átlagot. Ez tehát a klórnak az átlagos atomtömege. Tudjuk tehát, hogy a klór átlagos atomtömege 35,45, így ha veszünk egy mól klórt, ahogy a természetben megtalálható, ennek a tömege 35,45 gramm lesz. Hasonlóképpen ha egy mól szenet veszünk, ami tudjuk már, hogy nem pontosan 12 gramm a többi izotóp miatt, az 12,01 gramm lesz. Érted, mire gondolok? Ha veszel valamiből egy mólt, az ennyi gramm lesz (amekkora az atomtömeg). Most megpróbálhatjuk megválaszolni az eredeti kérdést. Az volt a kérdés, hogy hány atom található 3,21 gramm kénben. Álítsd meg a videót, és próbáld kiszámítani! Ha veszünk egy mól ként, azaz Avogadro-számnyi kénatomot, annak a tömege kb. 32,1 gramm lesz. 32,1 gramm jelent egy mól ként. De mennyi is van most? Nem 32,1, hanem 3,21 gramm, ami pont egytized mól. Ezért vettem 3,21-et, hogy könnyebb legyen a számítás. Fejben is megoldhatjuk. Ez 1/10 mól, hány atom van benne? 1/10 mól, tehát egytizede az Avogadro-számnak. A válasz tehát az Avogadro-szám, 6,022∙10²³, osztva 10-zel, tehát 6,022∙10²². Jöjjön az utolsó kérdés! Mekkora a tömege egy mól szén-dioxidnak? Mennyi a szén-dioxid moláris tömege? Állítsd meg a videót, és gondolkodj! Nézzük lépésről lépésre! 1 mól szén-dioxidban Avogadro-számnyi molekula van. Ha fél mól szén-dioxid lenne, abban az Avogadro-szám fele volna. A kérdés most az, hogy hány szénatom és hány oxigénatom van. Mit gondolsz? Egy szén-dioxid (CO₂) molekulában egy szénatom van. Öt szén-dioxid-molekulában öt szénatom van. Ahány CO₂-molekulánk van, annyi szénatom is lesz, tehát most 1 mól szénatom. Mennyi oxigénatom tartozik hozzá? Minden CO₂-molekulában két O-atom van. Ha öt molekulánk lenne, abban ennek a kétszerese, 10 oxigénatom volna. Ennyi (1 mólnyi) CO₂-molekulában pedig ennek a duplája, tehát 2 mól. Most megnézzük a periódusos rendszerben a szén egy móljának tömegét, ez 12,0107 gramm, az oxigéné pedig 15,9994 gramm. Ez lesz egy mól oxigén tomege. De most ezt meg kell dupláznunk, hiszen két mól van belőle. Összeadva ezek fogják megadni a CO₂ moláris tömegét. Egy mól CO₂ tömege tehát ekkora. Úgy is mondhatjuk, hogy a CO₂ tömege mólonként 44,0095 g. Ugyanazt jelenti mindegyik megfogalmazásban. Természetesen kerekíthetjük is.