جرم مولی چیست؟ نحوه محاسبه جرم مولی

یکی از مفاهیمی که در علم شیمی بسیار مهم است، جرم مولی و نحوه محاسبه آن است. جرم مولی و نحوه محاسبه آن مهم است، زیرا کاربردهای فراوانی در علم داراست. جرم مولی یک ماده برابر با جرم یک مول از اعضای سازنده آن ماده است. جالب است بدانید یک مول از ترکیبات مختلف مقادیر متفاوتی را شامل می شود. زیرا هر مولکول و اتم جرم متفاوتی داراست. مفاهیمی مانند مول و عدد آووگادرو از مفاهیم مهم در شناخت و نحوه محاسبه جرم مولی هستند. درواقع مول از مهم ترین مفاهیم شیمی بوده و درواقع اتم ها در واحدهایی به نام مول تقسیم می شوند. عدد آووگادرو نیز تعداد این اتم ها را نشان می دهد. در ادامه این مقاله به بررسی و کاربرد جرم مولی و نحوه محاسبه آن می پردازیم.

جرم مولی چیست

ممکن است از افرادی باشید که در هنگام محاسبات جرم مولی گیج شده و با مشکلات مفهومی مرتبط با آن مواجه می‏ شوید. ما در ادامه این مقاله به جرم مولی و نحوه محاسبه آن می پردازیم. همچنین در این مقاله به مفاهیم مرتبط با جرم مولی نیز پرداخته می شود. مول و عدد آووگادرو از جمله مهم ترین مفاهیم مرتبط با جرم مولی و نحوه محاسبه آن است.

تعریف مول

علم شیمی علم ارتباط با انواع مختلف واکنش ‏های شیمیایی است. برای اینکه یک واکنش شیمیایی را چه در صنعت و چه در تحقیقات به درستی انجام دهیم، باید مقدار واکنش دهنده‏ ها و محصولات را به درستی اندازه‏ گیری نماییم. در سال ۱۸۹۴ دانشمندی آلمانی به نام ویلهلم استوالد برای نخستین بار واحد مول را معرفی نمود.

یکی از هفت واحد اساسی در SI واحد مول است. این واحد برای اندازه گیری ذرات در مقیاس کوچک مانند اتم، مولکول، یون، رادیکال و ذراتی مانند الکترون ها و پروتون ها استفاده می شود. برای درک بهتر مطلب در ادامه به مثالی از این دست اشاره شده است. سدیم کلراید را به عنوان یک ترکیب در نظر بگیرید. یک مول از این ماده حاوی تعداد ۱۰^۲۳ × ۶.۰۲۲ اتم است.

در سیستم بین المللی یک مول مقداری از یک عنصر یا ترکیب شیمیایی است که حاوی اتم یا مولکول است. هر مول حاوی ۱۰^۲۳ × ۶.۰۲۲ اتم از آن ماده است. تعریف دیگر از این واحد بدین صورت است که مول تعداد اتم هایی است که در ۱۲ گرم از کربن ۱۲ وجود دارند. این عدد برابر ۱۰^۲۳ × ۶.۰۲۲ بوده و عدد آووگادرو نام گذاری شده است.

دلایل استفاده از مول و جرم مولی

در علم شیمی از مول به عنوان واحدی برای مقدار ماده مورد نظر استفاده می شود. ولی شاید این سوال مطرح باشد که برای اندازه گیری جرم یک ماده چرا از گرم و کیلوگرم استفاده نمی شود. دلیل این امر انجام واکنش های شیمیایی است. تعداد اتم ها و مولکول ها است که در واکنش های شیمیایی بسیار مهم است و درواقع جرم اهمیتی ندارد. اگر به استوکیومتری واکنش ها توجه کنید، متوجه می شوید که بر اساس تعداد مول واکنش دهنده ها و محصولات بیان می‌ گردد.

در واکنش های شیمیایی یک مولکول از یک ماده با یک مولکول از ماده دیگر واکنش می ‌دهد. در این واکنش ممکن است یک مولکول از ترکیب دیگری به وجود آید. با توجه به توضیحات، چیزی که در یک واکنش شیمیایی بیان می‌شود و مهم است، تعداد مولکول های شرکت کننده در واکنش است نه جرم مواد.

اتم ها و مولکول ها ذرات بسیار کوچکی هستند. درواقع تعداد زیادی از اتم و مولکول در نمونه های ماکروسکوپی وجود دارد. این ذرات به قدری کوچکند که برای توزین آن ها به ترازوهای پیشرفته نیاز است. از طرفی شیمی دانان نیز با یک اتم یا یک مولکول سر و کار نداشته و این از لحاظ علمی نیز امری مشکل است. بنابراین در انجام واکنش های شیمیایی برای راحتی کار از واحد مول استفاده می‌ گردد. یک مول برابر با ۱۰^۲۳ × ۶.۰۲۲ ذره است. این عدد بسیار بزرگ بوده و تنها برای ذرات در مقیاس بسیار کوچک (اتمی) استفاده می‌ شود.

پل ارتباطی مول

واحد مول به عنوان یک پل ارتباطی بین دنیای اتمی و جهان ماکروسکوپی است. جرم مولی هم یک مفهوم مرتبط با مول و بسیار مهم است. با جرم مولی و نحوه محاسبه آن می توان مول و گرم را به یکدیگر تبدیل نمود. بنابراین جرم مولی و نحوه محاسبه آن اهمیت بالایی دارد. در ادامه با بررسی جرم مولی و نحوه محاسبه آن با ما در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

عدد آووگادرو

عدد آووگادرو به عدد ۶.۰۲۲ × ۱۰^۲۳  گفته می شود. نام این عدد به افتخار کاشف قانون آوگادرو از روی نام او، نامگذاری شده است. به عدد آووگادرو واحد mol ^−۱ اختصاص داده و آن را ثابت آووگادرو نامیده اند. این ثابت با نامN_A  شناخته می شود. رابطه مول و عدد آووگادرو طبق معادله زیر محاسبه می شود.

N_A = ۶.۰۲۲۲ * ۱۰^۲۳ mol^-۱

 ۱mol = 6.022 * 10^۲۳/N_A 

جرم مولی و نحوه محاسبه آن

با این تعاریف که در بالا اشاره شد، جرم مولی یک ماده را می توان جرم یک مول از آن ماده دانست. جرم مولی یک ماده برابر با جرم یک مول از اجزای بنیادی آن است. واحد جرم مولی گرم بر مول بیان است. عناصر و مولکول های مختلف جرم های مختلف دارند، بنابراین یک مول از ترکیبات مختلف جرم های متفاوتی خواهند داشت. جرم مولی را می توان با استفاده از جدول تناوبی و با جرم اتمی عناصر محاسبه نمود. برای محاسبه جرم مولی ترکیبات دانستن فرمول مولکولی آن ترکیب امری ضروری است.

جرم مولی و نحوه محاسبه‏ آن در عناصر

جرم مولی یک عنصر، وزن اتمی آن عنصر است و به صورت گرم بر مول بیان می شود. در ابتدا باید جرم عنصر محاسبه شده و وزن اتمی استاندارد آن یادداشت شود. آن را در یک گرم بر مول که ثابت استاندارد است ضرب نمایید. محصول وزن اتمی استاندارد عناصر با یک گرم بر مول جرم مولی را نشان می دهد.

جرم مولی یک عنصر به این موضوع بستگی دارد که آن عنصر در طبیعت به صورت اتم ‌های مجزا وجود دارد یا مولکولی.

جرم مولی و نحوه محاسبه آن در عناصری که به صورت اتم های مجزا هستند، برابر با همان جرم اتمی درج شده در جدول تناوبی برای آن عنصر است. اما واحد آن گرم بر مول است. برای درک بهتر مطلب جرم یک اتم هیدروژن را در نظر بگیرید. جرم یک اتم هیدروژن u ۱.۰۰۷۹ و جرم مولی آن برابر ۱.۰۰۷۹ g/mol  است.

جرم مولی و نحوه محاسبه آن عناصر مولکولی قدری متفاوت است. برای جرم مولی و نحوه محاسبه آن در عناصر مولکولی باید فرمول مولکولی آن‌ها را دانست. سپس جرم مولی را می توان با استفاده از فرمول مولکولی به دست آورد. برای درک بهتر مطلب هیدروژن در طبیعت را در نظر بگیرید. هیدروژن مولکولی به صورت H_۲ وجود دارد. جرم مولکولی H_۲ به شکل مجموعی از جرم دو اتم هیدروژن به صورت  u 1.0079 + 1.0079 = 2.0158 محاسبه می گردد. در این حالت جرم مولی نیز برابر با g/mol 2.0158 است.

جرم مولی و نحوه محاسبه‏ آن در ترکیبات

برای تعیین جرم مولی و محاسبه آن در ترکیبات، مجموع جرم‏ مولی اتم ‏های آن ترکیب محاسبه می شود. در ادامه به چگونگی محاسبه آن می پردازیم. ابتدا باید فرمول مولکولی ترکیب مشخص شود. عناصر اتمی مختلف دارای فرمول مولکولی همراه با تعداد اتم‏ های هر عنصر می ‏باشند. برای محاسبه وزن اتمی استاندارد برای هر عنصر یادداشت می شود. سپس وزن اتمی استاندارد هر عنصر در تعداد اتم ‏های هر عنصر ضرب شده و در آخر همه‏ محصولات جمع می شوند.

در ادامه برای درک بهتر این مطلب به جرم مولی و نحوه محاسبه آن در مولکول آب اشاره شده است. آب دارای فرمول مولکولی H_۲O است. هیدروژن دارای دو اتم و اکسیژن تنها یک اتم دارد. جرم مولی برای آب به صورت زیر محاسبه می شود.

دلایل اهمیت جرم مولی و نحوه محاسبه آن

مول برای کار های آزمایشگاهی بسیار کارآمد و مفید است. اگر تعداد مول ماده مشخص باشد، به راحتی می‌ توان جرم و یا تعداد اجزای بنیادی ماده را در نمونه محاسبه کنید. اگر جرم و یا تعداد اجزای بنیادی ماده مشخص باشد، می‌ توان تعداد مول‌ ها را محاسبه نمود. بنابراین با مشخص شدن یکی از مقادیر، می توان دیگر مقادیر را با استفاده از ضرایب تبدیل بین واحدی به دست آورد.

چگونگی تبدیل مول و گرم

ارتباط بین یک مول از هر ماده و جرم آن بر حسب گرم به وسیله جرم ولی بیان می شود. بنابراین می توان از جرم مولی به عنوان عامل تبدیل مول به جرم و یا برعکس، تبدیل مول به جرم، استفاده نمود.

نکات مربوط به جرم مولی و نحوه محاسبه آن

1. برای تبدیل کردن مقدار ماده از واحد (مول) و جرم (g) به یکدیگر از جرم مولی با واحد (g/mol)  استفاده می شود.
2. برای تبدیل مقدار ماده در واحد مول و تعداد اجزای بنیادی از عدد آووگادرو استفاده می شود.
3. لازم به ذکر است که جرم و تعداد اجزای بنیادی با یکدیگر به شکل مستقیم ارتباطی ندارند. جهت تبدیل جرم و تعداد اجزای بنیادی به هم ابتدا باید جرم را به مول تبدیل نمود.

تفاوت واحد amu و واحد جرم مولی

یون ها یا اتم ها جرم مشخصی دارند. بنابراین هر مول از یک ماده نیز جرم مشخصی خواهد داشت. جرم یک مول اتم از یک ماده بر مبنای گرم با جرم آن اتم در واحد جرم اتمی یعنی amu برابر است. این جرم با واحد  جرم مولی g/mol نیز برابر است. در نتیجه این واحد ها درواقع معادل یکدیگرند. در شیمی بیشتر از واحد جرم مولی یعنی g/mol برای انجام محاسبات استفاده می شود.

جرم مولی شیمی دهم

جرم مولی به عنوان جرم بر حسب گرم از یک مول از ترکیب تعریف می شود. به آن وزن مولکولی نیز می گویند. همچنین به عنوان “جرم در مول” تعریف می شود. جرم مولی مجموع جرم اتم ها در ۱ مول از یک ماده است. مول واحدی است که به عنوان یک مقدار استاندارد در شیمی استفاده می شود و مقدار استاندارد ۱ مول از هر ماده (اتم ها، مولکول ها و غیره) ۶.۰۲۳ × ۱۰۲۳ واحد است. واحد استاندارد جرم مولی گرم بر مول است. واحد جرم مولی به صورت گرم/مول نشان داده می شود. واحد SI جرم مولی کیلوگرم mol-1 است.

مول واحد اساسی است که برای اندازه گیری مقدار ماده استفاده می شود. مول به عنوان مقدار ماده ای است که دارای تعداد یکسانی از موجودات مختلف (مانند اتم ها، یون ها، مولکول ها و ترکیبات) به عنوان تعداد اتم ها در نمونه ۱۲C خالص با وزن دقیق ۱۲ گرم تعریف می شود. حتی یک گرم از هر عنصر خالص حاوی مقدار زیادی اتم است. یک مول همچنین به عنوان مقدار ماده ای تعریف می شود که حاوی به تعداد اتم های موجود در دقیقاً ۱۲ گرم ایزوتوپ ۱۲C است.

به عنوان مثال جرم مولی آب مجموع جرم اتمی اتم ها است و آب (H2O) حاوی ۲ اتم هیدروژن و ۱ اتم اکسیژن است. جرم اتمی هیدروژن ۱ آمو و جرم اتمی اکسیژن تقریباً ۱۶ آمو است. بنابراین جرم مولی آب ۱۸ گرم بر مول می شود. جرم مولی CO2 نیز مجموع جرم اتمی اتم ها است و CO2 حاوی ۲ اتم اکسیژن و ۱ اتم کربن است. جرم اتمی کربن ۱۲ آمو و جرم اتمی اکسیژن تقریباً ۱۶ آمو است. بنابراین جرم مولی CO2 44 گرم بر مول می شود.

سخن پایانی

در این مقاله سعی بر آن شد تا به نکات جرم مولی و نحوه محاسبه و همین طور مفاهیم مرتبط با آن پرداخته شود. در این مقاله به نکات مهم جرم مولی و نحوه محاسبه آن برای انواع ترکیبات و مواد پرداخته شد. مفهوم عدد آووگادرو و مول نیز در این مقاله شرح داده شده. توضیح داده شد که هر مول شامل ۱۰^۲۳ × ۶.۰۲۲ اتم است و با نام عدد آووگادرو شناخته می‌ شود.

در این مقاله جرم مولی و نحوه محاسبه آن به طور کامل پرداخته شد. همچنین تبدیل واحدها با استفاده از جرم مولی پرداخته شد. همیشه این نکته را در نظر داشته باشید که محاسبات و شیوه درست محاسبه آن برای انجام واکنش‌های شیمیایی گام نخست است. بنابراین می توان محاسبات را مهم ترین رکن انجام یک واکنش شیمیایی دانست. برای تسلط کامل به مطالب بالا می توانید به دقت مطالب جرم مولی و نحوه محاسبه آن را مطالعه نموده و به مثال هایی که در این زمینه آورده ایم توجه نمایید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک همواره با درج مطالب علمی پرکاربرد سعی بر افزایش اطلاعات خواننده دارد. همراه ما باشید.