因為一個物質樣本通常包含很多很多原子,所以化學界建立一個計算分子數量的單位,稱為莫耳mole。
化學原理啟迪21
1. 因為一個物質樣本通常包含很多很多原子,所以化學界建立一個計算分子數量的單位,稱為莫耳mole。
2. 為了讓計算方便,我們定義「莫耳mole」為:元素,與「12公克純碳的原子數」一樣的數目。
3. 現代科技允許我們精確地計算出「1莫耳純碳的原子數」是6.022137×10 23次方;這個數值就是「亞佛加厥常數 Avogadro’s number」,為了紀念亞佛加厥對科學的貢獻。
4. 亞佛加厥常數:1莫耳的某種物質,由最小單位 6.022×10 23次方 個 所組成的。這個道理就像一打的雞蛋是12個,1莫耳mole的雞蛋是6.022×10 23次方 個 小單位。
5. 6.022×10 23次方 個,到底有多大?這是很難想像的。為了讓人有點概念,我們舉幾個例子來說,1莫耳大理石,可以覆蓋整個地球達50英哩深(約80公里)。
6. 這樣說來,用1莫耳的數量來做實驗,不是太多了嗎?不會,因為原子非常非常地小,1莫耳大小的物質,只有一點點,大約就是一個小碟子那麼多,用來做化學反應剛剛好。
7. 我們怎麼在化學計算上使用莫耳呢?還記得,亞佛加厥常數的定義是「12公克(g)的碳12C的原子數」。也就是說,12公克(g)的純碳12C,包含6.022×10 23次方 個碳原子。
8. 同樣地,從自然界的碳12.01克(g),裡面就包含6.022×10 23次方 個碳原子(其中混合了12C、13C、14C,所以平均原子量是12.01)。
9. 這二種碳:定義的純碳(12C),和自然界的碳(12C、13C、14C混合物),各取1莫耳樣品的質量互相比較的結果=各1個原子的質量互相比較的結果(注),二者比較值相等,顯示這二種樣本擁有一樣數量的組成原子。它們都擁有6.022×10 23次方 個碳原子。
注:1莫耳樣品質量的比值(12g/12.01g)=1個原子量的比值(12amu/12.01amu),。
10. 同樣的道理,「鋁」1莫耳的質量26.98g,「金」1莫耳重量是196.97g,要推測它們的原子數就是加以比較,它們1莫耳的質量互相比較的結果,跟它們各1個原子量互相比較的結果一樣,所以,26.98g的「鋁」跟196.97g的「金」,原子數量都是6.022×10 23次方 個。
11. 因此,莫耳的定義就是:某種元素樣本的質量,若是等於「=」,元素的原子量,加上公克單位,那麼,這個元素樣本就內含1莫耳的原子。這個定義也原子量跟公克g的關係設定住了。
12. 因為,6.022×10 23次方 個碳原子,質量是12公克g,所以:
(6.022×10 23次方 個原子)(12amu原子量 /每個原子)= 12公克g
6.022 × 10 23次方 amu(1單位原子量) = 1公克g
以上公式可用來轉換原子量和公克。
13. 要做化學計算,必須了解莫耳的意義,並且要能夠判斷某種重量的物質,它的莫耳數。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)
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