Mol (enhed) - definition, Avogadros tal og molmasse

Mol (symbol: mol) er SI-basisenheden for stofmængde. Enheden bruges til at angive, hvor mange elementære enheder (fx partikler) der er i en prøve — typisk atomer, molekyler eller ioner. Antallet relateres til Avogadros tal, som angiver, hvor mange enheder der er i ét mol.

Definition og Avogadros konstant

Siden 2019 er mol defineret ved at fastsætte værdien af Avogadros konstant til præcist 6,02214076×10²³ mol−1. Det betyder, at ét mol af noget altid indeholder nøjagtig 6,02214076×10²³ af disse enheder. Du kan f.eks. sige, at ét mol vindruer svarer til 6,02214076×10²³ vindruer.

Tidligere blev mol defineret ved forholdet til 12 gram af kulstof-12 (det vil sige: antallet af kulstof-12-atomer i 12 g kulstof-12). Efter 2019’s SI-omdefinering er definitionen i stedet baseret direkte på den faste numeriske værdi af Avogadros konstant, men konsistensen med kulstof-12-definitionen er bevaret.

Mængdebegreber og formler

De vigtigste sammenhænge, som bruges i kemi og fysik, er:

N = antal partikler
n = stofmængde i mol
Forholdet mellem dem: n = N / NA, hvor NA er Avogadros konstant (6,02214076×10²³ mol−1).
For masser: n = m / M, hvor m er massen af stoffet og M dets molarmasse.

Molarmasse og atommasse

Fordi forskellige atomer og molekyler har forskellig masse, vejer ét mol af ét stof ikke nødvendigvis det samme som ét mol af et andet stof. Atom- og molekylmasser angives ofte i enheden u (unified atomic mass unit, også kaldet dalton). Én sådan enhed er defineret, så relationen mellem atommasse og molarmasse bliver enkel: talværdien af et atoms masse i u svarer numerisk til stoffets molarmasse i g·mol−1. Derfor gælder f.eks.:

Et atom med massen 1 u svarer til, at én mol af disse atomer har massen 1 g.
Carbon-12 har atommasse nøjagtigt 12 u, og én mol carbon-12 har derfor massen 12 g.

På den måde er molarmassen et praktisk bindeled mellem mikroskopiske masseenheder (u) og makroskopiske masser målt i gram eller kilogram.

Eksempler og anvendelser

Én mol vandmolekyler (H2O) indeholder cirka 6,022×10²³ molekyler og vejer omkring 18,0 g.
Én mol elektroner indeholder samme antal elektroner (6,022×10²³), men massen er meget lille sammenlignet med atomer.

Mol er central i kemisk støkiometri: i reaktionsligninger angives hvor mange mol af hvert stof, der reagerer eller dannes, og beregninger af udbytte, koncentrationer og reagentbehov bygger ofte på molbegrebet.

Perspektiv og størrelse

Tallet 6,022×10²³ er enormt og derfor ikke intuitivt at forestille sig. Som sammenligning: 10²⁴ svarer til en million-million-million-million million (på dansk: 1 septillion efter kort skala), så Avogadros tal ligger i samme størrelsesorden som 10²⁴. Det forklarer, hvorfor mange hverdagsmængder hurtigt rummer gigantiske antal partikler, selv om deres masse kan være lille.

Kort historik

Begrebet mol blev indført som praktisk enhed i kemi for at gøre det lettere at arbejde mellem antals- og masseskalaer. Den moderne faste værdi af Avogadros konstant blev indført med SI-omdefineringen i 2019 for at gøre basiseenhederne uafhængige af specifikke artefakter eller prøver og i stedet bygge på eksakte fysiske konstanter.

For definitionens oprindelse og detaljer om Avogadros tal samt om relaterede begreber som molekyler og atomer, se de relevante artikler.

Matematik med mol

Moler = masse (g) / relativ masse (gram pr. mol)

Eksempel: Hvor mange mol er der i 20 gram brint?

En værdi på 1 kan anvendes for hydrogenets relative masse, selv om den korrekte værdi er lidt større. Så: mol = masse/relativ masse = 20/1 = 20 mol.

Moler = koncentration (mol/dm³) x volumen (dm ³)

Eksempel: Hvor mange mol er der i 100 cm³0,1 M H ₂SO ₄?

1 dm³ er det samme som 1000 cm³ , så værdien i kubikcentimeter skal divideres med 1000. 100/1000 x 0,1 = 0,01 mol.

Et metanmolekyle består af et kulstofatom og fire hydrogenatomer. Kulstof har en masse på 12,011 u og brint har en masse på 1,008 u. Det betyder, at massen af et metanmolekyle er 12,011 u + (4 × 1,008 u), eller 16,043 u. Det betyder, at et mol metan har en masse på 16,043 gram.

En muldvarp kan opfattes som to poser med bolde af forskellig størrelse. Den ene pose indeholder 3 tennisbolde og den anden 3 fodbolde. Der er det samme antal bolde i begge poser, men fodboldenes masse er meget større. Det er en anden måde at måle tingene på. Moler måler antallet af partikler, ikke massen. Så begge poser indeholder tre mol.

Et mol er simpelthen en enhed for antallet af ting. Andre almindelige enheder er et dusin, som betyder 12, og en score, som betyder 20. På samme måde henviser et mol til en specifik mængde - det særlige kendetegn er, at dets antal er langt større end andre almindelige enheder. Sådanne enheder opfindes typisk, når eksisterende enheder ikke kan beskrive noget let nok. Kemiske reaktioner finder typisk sted mellem molekyler af forskellig vægt, hvilket betyder, at målinger af masse (f.eks. gram) kan være misvisende, når man sammenligner reaktioner af individuelle molekyler. På den anden side ville det også være forvirrende at bruge det absolutte antal atomer/molekyler/ioner, da de enorme tal ville gøre det alt for let at forveksle en værdi eller glemme et ciffer. Ved at arbejde i mol kan forskerne derfor henvise til en bestemt mængde molekyler eller atomer uden at skulle bruge alt for store tal.

Relaterede enheder

SI-enhederne for molær koncentration er mol/m³ . I de fleste kemiske tekster anvendes dog mol/dm³ , eller mol dm^-3 , som er det samme som mol/L. Disse enheder skrives ofte med stort M (udtales "molar"), undertiden med et SI-præfiks foran, f.eks. millimol pr. liter (mmol/L) eller millimolar (mM), mikromol/liter (µmol/L) eller mikromolær (µM) eller nanomol/L (nmol/L) eller nanomolær (nM).

Det absolutte udbytte af en kemisk reaktion angives oftest i mol (kaldet "molært udbytte").

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er den SI-enhed, der bruges til at måle molekyler og atomer?

A: Den SI-enhed, der anvendes til at måle molekyler og atomer, er mol.

Sp: Hvor mange molekyler er der i et mol?

A: Et mol indeholder ca. 600 sextillion molekyler.

Spørgsmål: Hvorfor bruger forskerne dette tal?

A: Forskere bruger dette tal, fordi 1 gram brint svarer til 1 mol atomer.

Sp: Hvad er den nøjagtige værdi af et mol?

A: Den nøjagtige værdi af et mol er 6,02214078×1023, som blev opkaldt efter Avogadro, der opfandt det.

Spørgsmål: Er det praktisk muligt at måle de fleste opgaver ved hjælp af mol?

A: Nej, det er ikke praktisk muligt at måle de fleste opgaver ved hjælp af mol, da værdien er så massiv, at et mol grapefrugter ville være lige så stort som jorden.

Spørgsmål: Hvordan måles forskellige molekyler og atomer?

A: Forskellige molekyler og atomer måles i amu (atomare masseenheder).

Spørgsmål: Hvordan hænger amu sammen med gram pr. mol? A: En amu er lig med et gram pr. mol, hvilket betyder, at hvis et atom har en masse på en amu, vejer et mol af dette atom et gram.