1 De mol als eenheid en de molaire massa

HOOFDSTUK 2

De mol en het getal van Avogadro De massa van een molecule of formule-eenheid is onmeetbaar klein. Er moet dus worden overgegaan naar een veelvoud moleculen of formule-eenheden, zodat we de massa wel kunnen afmeten met dagdagelijkse meetapparatuur. Geen enkel meetinstrument is immers in staat om, met zo’n precisie, zo’n kleine massa te meten. We moeten op een of andere manier naar de eenheid gram kunnen overstappen. LEERDOELEN L uitleggen met voorbeelden wat een mol materie is met behulp van de constante van Avogadro L op basis van een gegeven formule, uit een gegeven massa de stofhoeveelheid in mol berekenen en omgekeerd L het verband tussen stofhoeveelheid en molaire massa toepassen Mol komt van het Latijnse woord moles wat ‘stapel’ of ‘hoop’ betekent.

1 De mol als eenheid en de molaire massa In vakgebieden worden veel verzamelnamen gebruikt om een hoeveelheid deeltjes te omschrijven. Voorwerp Verzamelnaam Aantal deeltjes een paar schoenen 2 schoenen een dozijn eieren 12 eieren een bak bier 24 flesjes bier een riem papier 500 vellen papier Proefhoofdstuk©VANIN in de chemie: 1 mol suiker 6,02 · 1023 moleculen suiker

De mol is de hoeveelheid materie die evenveel deeltjes bevat (atomen, moleculen …) als er atomen zijn in 12 gram van het 12C-isotoop. Talloze experimenten tonen aan dat 1 mol = 6,02 · 1023 deeltjes. Dit aantal is beter gekend als het getal van Avogadro (NA), vernoemd naar de Italiaanse fysicus Amadeo Avogadro.

Als we het getal samen met zijn eenheid beschouwen, spreken we over de constante van

Avogadro: 6,02 · 1023 deeltjes mol Welke soort materie je ook wilt afmeten, het gaat telkens over hetzelfde aantal deeltjes. Het aantal mol slaat dus op het aantal deeltjes van een stof. Dat kunnen erg zware atomen zijn (zoals uranium) maar ook erg lichte atomen (zoals waterstof). We gebruiken het symbool ‘n’ om het aantal mol (de stofhoeveelheid) aan te duiden, maar de getalwaarde van de constante van Avogadro heeft nog een groter voordeel. Dat wordt zo dadelijk duidelijk. Een hoeveelheid van een stof kunnen we dus op meerdere manieren omschrijven: • via de massa van die stof (m), uitgedrukt in gram (g) • via het aantal deeltjes van die stof (N), uitgedrukt in het aantal moleculen, atomen, formuleeenheden … • via het aantal mol van die stof (n), uitgedrukt in mol

De mol is een eenheid, een verzameling van NA of 6,02 · 1023 deeltjes.

Grootheid Symbool Eenheid

stofhoeveelheid in aantal deeltjes N deeltjes stofhoeveelheid in aantal gram m stofhoeveelheid in aantal mol n mol constante van Avogadro NA deeltjes mol Let op: De hoeveelheid mol gaat over een gigantisch groot aantal deeltjes! Zoals je weet, maken 6 nullen een miljoen, 1 000 miljoen is een miljard. Verder is 1 000 miljard een biljoen, 1 000 biljoen is een biljard en 1 000 biljard is een triljoen. 1 000 triljoen is dan weer een triljard. We komen dus aan 602 triljard deeltjes in 1 mol: 602 000 000 000 000 000 000 000 deeltjes!

g 106 = 1 000 000 109 = 1 000 000 000 1012 = 1 000 000 000 000 1015 = 1 000 000 000 000 000 1018 = 1 000 000 000 000 000 000 1021 = 1 000 000 000 000 000 000 000 Proefhoofdstuk©VANIN

Als je 1 mol papier, hoe dun de vellen ook zijn, opeenstapelt, kun je 80 keer de afstand tussen de aarde en de maan (384 400 km) overbruggen, heen én terug.

Als je 1 mol donuts verdeelt over het aardoppervlak, wordt de aarde bedekt met een mantel donuts van 8 km hoog.

Als je 1 mol basketballen bezit, kun je er een nieuwe planeet mee vormen, even groot als de aarde.

Als je een mol euromunten krijgt op de dag van je geboorte en je elke seconde van je leven 1 miljoen munten uitgeeft, dan heb je op je sterfdatum nog steeds 99,99 % van je kapitaal in bezit.

Nu we weten hoeveel deeltjes een mol omvat, kunnen we steeds de omzettingen tussen het aantal mol (n) en het aantal deeltjes (N) makkelijk maken door gebruik te maken van de formule: aantal deeltjes = aantal mol · aantal deeltjes mol = n · NA Let wel goed op dat het aantal deeltjes en de stofhoeveelheid in mol over hetzelfde gaat! VOORBEELDVRAAGSTUK

Hoeveel atomen zuurstof zitten er in 3 mol CO2 ?

Gegeven: n(CO2) = 3,00 mol

Gevraagd: N(O)

Oplossing: Uit de stofhoeveelheid CO2 die gegeven is in mol, berekenen we het aantal deeltjes (moleculen) CO2.

N(CO2) = n · NA = 3,00 mol . 6,02 · 1023 moleculen mol = 1,81 · 1024 moleculen CO2

Maar elke molecule CO2 bevat 2 atomen zuurstof. Het aantal atomen zuurstof in 3 mol CO2 of in 1,81 · 1024 moleculen CO2 is dus gelijk aan 1,81 · 1024 · 2 = 3,62 · 1024 .

Er zitten dus 3,62 · 1024 atomen zuurstof in 3 mol CO2

Afb. 6 Koolstofdioxide N CO2 Proefhoofdstuk©VANIN

Vergelijk met een zak kersensnoepjes: Je kunt enerzijds het aantal snoepjes berekenen, maar er kan ook gevraagd worden naar het aantal kersen, dan moet je de hoeveelheid snoepjes nog met 2 vermenigvuldigen.

Bij berekeningen ronden we tussenresultaten niet af: we rekenen steeds verder met de exacte uitkomst van een vorige bewerking. Zorg er wel voor dat je uiteindelijke resultaat de juiste hoeveelheid beduidende cijfers heeft! De getalwaarde 6,02 · 1023 , of 1 mol, is zeer precies berekend: de massa van 1 12 van het 12C-atoom = 1 unit ⇩ · 12 ⇩ de massa van 1 12C-atoom = 12 unit ⇩ · NA ⇩ de massa van 1 mol 12C-atomen = 6,02 · 1023 · 12 unit ⇩ ⇩ 1 unit = 1,66 · 10−27 kg de massa van 1 mol 12C-atomen

6,02 · 1023 · 12 · 1,66 · 10−27 kg u = 12 · 10-3 kg = 12 g Op het eerste gezicht is dit een ingewikkelde berekening om te komen tot een zeer bruikbare conclusie: De massa van 1 mol deeltjes is gelijk aan de getalwaarde van de massa van een atoom, molecule of formule-eenheid, met de eenheid gram in plaats van unit. De massa van 1 mol deeltjes noemen we in het kort ook wel de molaire massa (M). VOORBEELD MOLECUULMASSA OMZETTEN IN MOLMASSA 1 molecule fosforzuur (H3PO4) heeft een massa van 98,0 unit ⇩ · NA ⇩ 1 mol fosforzuur heeft een massa van 98,0 g Stofhoeveelheid n Massa m 1 mol Zn 65,4 g 1 mol Fe 55,8 g 1 mol CuSO4 159,6 g (= 63,6 g m(Cu) + 32,1 g m(S) + 4 · 16,0 g m(O)) Proefhoofdstuk©VANIN 1 mol MgCl2 95,3 g (= 24,3 g m(Mg) + 2 · 35,5 g m(Cl))