Мол и числото на Авогадро

В друго наше видео се запознаваме с идеята за средна атомна маса, което е, както се оказва, е един много полезен начин да разглеждаме масата на атомно или на молекулно ниво. Но това, което ще направим в това видео, е да го свържем с количествата, с които реално се работи в една химическа лаборатория. Много малко вероятно е да работиш само с един атом или няколко атома, или няколко молекули. По-голяма вероятност има да използваш няколко грама от дадено вещество. Как стигаме от масата на атомно ниво до масите на пробите, които се използват в една химична лаборатория, когато става въпрос за грамове, килограми или тонове? Химиците са измислили един полезен трик. Да разгледаме конкретен елемент. Например литий. Знаем, че неговата атомна маса е 6,94 универсални атомни единици за атом литий. Дали няма някакъв определен брой атоми на лития, такъв, че, ако имам такъв брой атоми... значи умножено по този конкретен брой атоми, тогава да получа 6,94 грама литий. И този брой атоми е 6,02214076 по десет на двадесет и трета степен. Ако имаш проба с такъв брой литиеви атоми, тази проба ще има маса от 6,94 грама. Каквато и да е средната атомна маса, изразена чрез универсални атомни единици, ако имаш такъв брой от този вид атоми, ще имаш масата на същия брой атоми, но в грамове. Сега може би се чудиш дали има име за това число и в действителност има име, нарича се числото на Авогадро, наименувано в чест на италианският химик от началото на 19-и век – Амадео Авогадро. В повечето случаи, тъй като обикновено не се занимаваш с данни с толкова много цифри след десетичната запетая – ще използваме приблизителната му стойност – 6,022 по 10 на 23-та степен. Има друго понятие, с което е много полезно да се запознаеш във връзка с химията, и това е понятието мол. Какво е мол? Това не е бенка на бузата ти (игра на думи, свързана с английската дума за бенка). Това не е животно, което копае тунели под земята. Всъщност е и двете неща (в английския двете неща звучат еднакво), но в контекста на химията, мол означава просто, че имаш определено количество от нещо. Думата мол е използвана за пръв път от немския химик Вилхелм Оствалд в края на 19-и век и той измислил думата заради връзката ѝ с молекулата. Какво означава това? Помисли си за понятието дузина. Ако кажа, че имам дузина яйца, колко яйца имам? Ако имам дузина яйца, то това означава, че имам 12 яйца. Ако кажа, че имам един мол от литиеви атоми, колко литиеви атоми имам? Това означава, че имам 6,02214076 по 10 на 23-та степен литиеви атоми. Същата идея, но с числото на Авогадро, е по-трудна, отколкото с дузината. Нека използваме нашите нови умения, свързани с мола и числото на Авогадро, и да започнем да правим някои полезни неща. Нека кажем, че някой те срещне и ти каже: "Знаеш ли, имам 15,4 милиграма проба от германий. С колко атома германий разполагам? Спри видеото и опитай да помислиш за това! Ще освободя тук мястото, което заемаше периодичната система. Започнахме с 15,4 милиграма германий. Първата стъпка може да бъде да преобразуваме това в грамове германий. Можем да направим анализ на мерните единици. Можем да умножим това – за всеки грам германий това е еквивалентно на 1000 милиграма германий. И така, ако умножим по една хилядна или разделим на хиляда, ще получим грамовете германий. Можеш да видиш, че когато анализираме мерните единици, след като забележим, че това се съкращава с това, ни остават грамове германий. И сега, когато го изразихме като грамове германий, можем да помислим за моловете германий. Как да го направим? Ще умножим по някакво количество и в знаменателя ще искаме грамовете германий в анализа на мерните единици да се съкратят грамове германий, а в числителя искаме новият израз да бъде в молове германий. Един мол германий е равен на колко грама германий? Виждаме го ето тук. Моларната маса на елемента германий е равна на 72,63 грама за мол. За всеки мол имаме 72,63 грама германий. И можеш да видиш как мерните единици се съкращават. Грамовете германий ще се съкратят с грамовете германий, оставяйки ни с молове германий. В реалната практика на химиците откриването на моловете вещество е вероятно най-полезното нещо. Ако искаш да намериш броя на атомите от елемента германий, които имаме, ще трябва да умножиш по броя на атомите за мол. И това ще бъде вярно за всеки елемент. В един мол имаш брой атоми, равен на числото на Авогадро. И ще закръглим това на 6,022 по 10 на 23-та степен атоми германий за всеки мол германий. Нека да прегледаме какво направихме току-що. Имахме милиграми германий. Умножаваме тези двете и ще получим грамовете германий, което е логично, просто разделяме на 1000. Ако умножиш грамовете германий по моловете за грам, което е реципрочното число на моларната маса, която имаме тук, за да сме сигурни, че това е логично – мерните единици се съкращават добре при анализа им, това ето тук ни дава моловете германий. И след това, ако вземеш моловете и ги умножиш по числото на Авогадро, това ти казва колко атоми германий имаме и това е логично. Когато ти кажа, че имам някаква част от дузина яйца, ако искам да знам колко яйца са това, ще умножа по 12. Целият този израз е броят атоми германий. И така, имаме 15,4 милиграма. Ако искаме да разберем колко грама имаме, то разделяме на 1000, това ни казва анализа на мерните единици, и също така има логика да бъде разделено на 1000. Това е колко грама имаме. И след това, ако искаме да установим колко мола има, като това ще бъде някаква малка част от един мол, защото молът е 72,63 грама за мол а тук имаме малка част от грама, много по-малко от 72,63 грама. Видяхме от анализа, че за да определим броя на моловете, ще разделим на 72,63, така че разделено на 72,63 ни дава моловете германий, които имаме. Ако искаме да разберем броя на атомите германий, ще трябва да умножим това по числото на Авогадро. 6,022 по 10 на 23-та степен. Този бутон ЕЕ означава, че умножаваме по 10 на 23-та степен, така че това е начинът, по който да го сметнеш с калкулатора. Това ни дава броя на атомите. Нека видим кои са значещите цифри тук. Нашите значещи цифри от всички неща, които умножихме, виж, имаме 4 значещи цифри тук, 4 значещи цифри тук, но тук имаме само 3, така че ще закръгля до 3 значещи цифри. Имаме 1,28 по 10 на 20-та степен атоми. Имаме приблизително 1,28 по 10 на 20-та степен атоми германий, което е много голям брой атоми.