Mol (eenheid)
De mol (symbool: mol ) is de maateenheid voor de hoeveelheid stof in het International System of Units (SI). Het is precies zo gedefinieerd6.022 140 76 × 10 23 deeltjes, dit kunnen atomen , moleculen , ionen of elektronen zijn . [1]
| mol | |
|---|---|
| Eenheidssysteem | SI-basiseenheid |
| Eenheid van | Hoeveelheid substantie |
| Symbool | mol |
| Conversies | |
| 1 mol in ... | ... is gelijk aan ... |
| SI-basiseenheden | 1000 mmol |
De definitie is in november 2018 goedgekeurd als een van de zeven SI-grondeenheden , [1] herzien voorgaande definitie die één mol opgegeven als de hoeveelheid stof in 12 gram van koolstof-12 ( 12 C), een isotoop van koolstof .
Het nummer 6.022 140 76 × 10 23 (het Avogadro-getal ) werd zo gekozen dat de massa van één mol van een chemische verbinding in grammen numeriek gelijk is, voor de meeste praktische doeleinden, aan de gemiddelde massa van één molecuul van de verbinding in dalton . Zo bevat bijvoorbeeld één mol water6.022 140 76 × 10 23 moleculen, waarvan de totale massa ongeveer 18.015 gram is en de gemiddelde massa van één molecuul water ongeveer 18.015 dalton is.
De mol wordt veel gebruikt in de chemie als een gemakkelijke manier om hoeveelheden reactanten en producten van chemische reacties uit te drukken. De chemische vergelijking 2H 2 + O 2 → 2H 2 O kan bijvoorbeeld zo worden geïnterpreteerd dat voor elke 2 mol diwaterstof (H 2 ) en 1 mol dizuurstof (O 2 ) die reageren, 2 mol water (H 2 O) het formulier. De mol kan ook worden gebruikt om het aantal atomen, ionen, elektronen of andere entiteiten te meten . De concentratie van een oplossing wordt gewoonlijk uitgedrukt door de molariteit ervan , gedefinieerd als de hoeveelheid opgeloste stof in mol (len) per volume-eenheid oplossing, waarvoor de doorgaans gebruikte eenheid mol per liter (mol / l) is, gewoonlijk afgekort M.
De term gram-molecuul (g mol) werd vroeger gebruikt voor "mol moleculen", [2] en gramatoom (g-atoom) voor "mol atomen". Bijvoorbeeld, 1 mol MgBr 2 is 1 grammolecuul MgBr 2 maar 3 gramatomen MgBr 2 . [3] [4]
Concepten
Aard van de deeltjes
De mol is in wezen een telling van deeltjes. [5] Gewoonlijk zijn de getelde deeltjes chemisch identieke entiteiten, afzonderlijk van elkaar te onderscheiden. Een oplossing kan bijvoorbeeld een bepaald aantal opgeloste moleculen bevatten die min of meer onafhankelijk van elkaar zijn. In een vaste stof zijn de samenstellende deeltjes echter gefixeerd en gebonden in een roosteropstelling, maar ze kunnen toch scheidbaar zijn zonder hun chemische identiteit te verliezen. De vaste stof is dus samengesteld uit een bepaald aantal molen van dergelijke deeltjes. In weer andere gevallen, zoals bij diamant , waar het hele kristal in wezen een enkel molecuul is, wordt de mol nog steeds gebruikt om het aantal atomen dat aan elkaar is gebonden uit te drukken, in plaats van een telling van meerdere moleculen. Zo zijn algemene chemische conventies van toepassing op de definitie van de samenstellende deeltjes van een stof, in andere gevallen kunnen exacte definities worden gespecificeerd. De massa van 1 mol van een stof is gelijk aan de relatieve atomaire of moleculaire massa in gram.
Molaire massa
De molaire massa van een stof is de massa van 1 mol van die stof, in veelvouden van de gram . De hoeveelheid stof is het aantal mol in het monster. Voor de meeste praktische doeleinden is de grootte van de molecuulmassa numeriek hetzelfde als die van de gemiddelde massa van één molecuul, uitgedrukt in dalton . De molaire massa van water is bijvoorbeeld 18,015 g / mol. [6] Andere methoden zijn onder meer het gebruik van het molaire volume of het meten van elektrische lading . [6]
Het aantal mol van een stof in een monster wordt verkregen door de massa van het monster te delen door het molecuulgewicht van de verbinding. 100 g water is bijvoorbeeld ongeveer 5,551 mol water. [6]
De molaire massa van een stof hangt niet alleen af van de molecuulformule , maar ook van de verdeling van isotopen van elk chemisch element dat erin aanwezig is. De massa van één mol calcium-40 is bijvoorbeeld39.96259098 ± 0.00000022 gram , terwijl de massa van één mol calcium-42 is41,95861801 ± 0,00000027 gram , en van één mol calcium met het normale isotopenmengsel is40.078 ± 0.004 gram .
Molaire concentratie
De molaire concentratie , ook wel molariteit genoemd , van een oplossing van een bepaalde stof is het aantal mol per volume-eenheid van de uiteindelijke oplossing. In de SI is de standaardeenheid mol / m 3 , hoewel meer praktische eenheden, zoals mol per liter (mol / L) worden gebruikt.
Molaire fractie
De molfractie of molfractie van een stof in een mengsel (zoals een oplossing) is het aantal molen van de verbinding in één monster van het mengsel, gedeeld door het totale aantal molen van alle componenten. Als bijvoorbeeld 20 g NaCl wordt opgelost in 100 g water, zijn de hoeveelheden van de twee stoffen in de oplossing (20 g) / (58,443 g / mol) = 0,34221 mol en (100 g) / (18,015 g / mol) = 5,5509 mol, respectievelijk; en de molfractie van NaCl zal 0,34221 / (0,34221 + 5,5509) = 0,05807 zijn.
In een mengsel van gassen is de partiële druk van elke component evenredig met de molaire verhouding.
Geschiedenis
De geschiedenis van de mol is verweven met die van molecuulmassa , atomaire massa-eenheden en het Avogadro-getal .
De eerste tabel met standaard atoomgewicht (atomaire massa) werd in 1805 gepubliceerd door John Dalton (1766-1844), gebaseerd op een systeem waarin de relatieve atomaire massa van waterstof werd gedefinieerd als 1. Deze relatieve atomaire massa was gebaseerd op de stoichiometrische verhoudingen van chemische reacties en verbindingen, een feit dat hun acceptatie enorm bevorderde: het was niet nodig voor een chemicus om de atoomtheorie te onderschrijven (destijds een onbewezen hypothese) om praktisch gebruik te maken van de tabellen. Dit zou leiden tot enige verwarring tussen atoommassa's (gepromoot door voorstanders van atoomtheorie) en equivalente gewichten (gepromoot door tegenstanders en die soms verschilden van relatieve atoommassa's door een geheel getal), die gedurende een groot deel van de negentiende eeuw zou blijven bestaan.
Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) speelde een belangrijke rol bij het bepalen van de relatieve atoommassa's met een steeds grotere nauwkeurigheid. Hij was ook de eerste chemicus die zuurstof gebruikte als de standaard waarnaar andere massa's werden verwezen. Zuurstof is een nuttige standaard, omdat het, in tegenstelling tot waterstof, verbindingen vormt met de meeste andere elementen, vooral metalen . Hij koos er echter voor om de atomaire massa van zuurstof vast te stellen op 100, die niet aansloeg.
Charles Frédéric Gerhardt (1816–56), Henri Victor Regnault (1810–78) en Stanislao Cannizzaro (1826–1910) breidden de werken van Berzelius uit en loste veel van de problemen op van onbekende stoichiometrie van verbindingen, en het gebruik van atoommassa's trok een grote consensus tegen de tijd van het congres van Karlsruhe (1860). De conventie was teruggekeerd naar het definiëren van de atoommassa van waterstof als 1, hoewel dit op het niveau van de nauwkeurigheid van de metingen op dat moment - relatieve onzekerheden van ongeveer 1% - numeriek equivalent was aan de latere standaard van zuurstof = 16. Het chemische gemak van zuurstof als de primaire atomaire massastandaard werd steeds duidelijker met de vooruitgang in de analytische chemie en de behoefte aan steeds nauwkeurigere atomaire massabepalingen.
De naam mol is een vertaling uit 1897 van de Duitse eenheid Mol , bedacht door de chemicus Wilhelm Ostwald in 1894 van het Duitse woord Molekül ( molecuul ). [7] [8] [9] Het verwante concept van equivalente massa was al minstens een eeuw eerder in gebruik. [10]
Standaardisatie
Ontwikkelingen in massaspectrometrie hebben geleid tot de acceptatie van zuurstof-16 als standaardstof, in plaats van natuurlijke zuurstof. [ nodig citaat ]
De zuurstof-16-definitie werd in de jaren zestig vervangen door een op koolstof-12. De mol werd door het International Bureau of Weights and Measures gedefinieerd als "de hoeveelheid stof van een systeem dat evenveel elementaire entiteiten bevat als atomen in 0,012 kilogram koolstof-12." Dus volgens die definitie had één mol pure 12 C een massa van precies 12 g . [2] [5] De vier verschillende definities waren gelijk aan binnen 1%.
| Schaalbasis | Schaalbasis relatief tov 12 C = 12 | Relatieve afwijking van de 12 C = 12 schaal |
|---|---|---|
| Atoommassa van waterstof = 1 | 1,00794 (7) | −0,788% |
| Atoommassa van zuurstof = 16 | 15,9994 (3) | + 0,00375% |
| Relatieve atoommassa van 16 O = 16 | 15,9949146221 (15) | + 0,0318% |
Omdat de definitie van het gram niet wiskundig gebonden was aan die van de dalton , moest het aantal moleculen per mol N A (de constante van Avogadro) experimenteel worden bepaald. De experimentele waarde die CODATA in 2010 heeft aangenomen is N A =(6.02214129 ± 0.00000027) × 10 23 mol −1 . [11] In 2011 werd de meting verfijnd(6.02214078 ± 0.00000018) × 10 23 mol −1 . [12]
De mol werd in 1971 door de 14e CGPM de zevende SI-basiseenheid gemaakt . [13]
2019 herdefinitie van SI-basiseenheden
In 2011 stemde de 24e vergadering van de Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen (CGPM) in met een plan voor een mogelijke herziening van de definities van SI-basiseenheden op een onbepaalde datum.
Op 16 november 2018, na een bijeenkomst van wetenschappers uit meer dan 60 landen op de CGPM in Versailles, Frankrijk, werden alle SI-basiseenheden gedefinieerd in termen van fysieke constanten. Dit betekende dat elke SI-eenheid, inclusief de mol, niet zou worden gedefinieerd in termen van fysieke objecten, maar eerder zouden worden gedefinieerd door constanten die, in hun aard, exact zijn. [1]
Dergelijke wijzigingen zijn officieel van kracht geworden op 20 mei 2019. Na dergelijke wijzigingen werd 'één mol' van een stof opnieuw gedefinieerd als 'precies 6.022 140 76 × 10 23 elementaire entiteiten "van die stof. [14] [15]
Kritiek
Sinds de goedkeuring ervan in het internationale systeem van eenheden in 1971, zijn er talloze kritiek op het concept van de mol als een eenheid zoals de meter of de tweede :
- het aantal moleculen, elektronen, enz. in een bepaalde hoeveelheid materiaal is een dimensieloze grootheid die eenvoudig als een getal kan worden uitgedrukt en daarom niet kan worden geassocieerd met een afzonderlijke basiseenheid; [5] [16] [17]
- de officiële mol is gebaseerd op een verouderd continuüm (niet volledig atomistisch) concept van stof en kan logischerwijs niet van toepassing zijn op elektronen of opgeloste ionen omdat er geen elektron of opgeloste ionen zijn; [17]
- de SI thermodynamische mol is niet relevant voor analytische chemie en kan vermijdbare kosten veroorzaken voor geavanceerde economieën; [18]
- de mol is geen echte metrische (dwz meet) eenheid, het is eerder een parametrische eenheid, en de hoeveelheid substantie is een parametrische basishoeveelheid; [19]
- de SI definieert aantallen entiteiten als hoeveelheden van dimensie één, en negeert dus het ontologische onderscheid tussen entiteiten en eenheden van continue hoeveelheden . [20]
In de chemie is het sinds de wet van bepaalde verhoudingen van Proust (1794) bekend dat kennis van de massa van elk van de componenten in een chemisch systeem niet voldoende is om het systeem te definiëren. De hoeveelheid stof kan worden omschreven als massa gedeeld door Proust's "bepaalde verhoudingen", en bevat informatie die ontbreekt bij het meten van alleen massa. Zoals aangetoond door de wet van Dalton van partiële drukken (1803), is een meting van massa niet eens nodig om de hoeveelheid substantie te meten (hoewel dit in de praktijk gebruikelijk is). Er zijn veel fysieke relaties tussen de hoeveelheid stof en andere fysieke hoeveelheden, waarvan de meest opvallende de ideale gaswet is (waar de relatie voor het eerst werd aangetoond in 1857). De term "mol" werd voor het eerst gebruikt in een leerboek waarin deze colligatieve eigenschappen worden beschreven . [ nodig citaat ]
Vergelijkbare eenheden
Net als scheikundigen gebruiken chemisch ingenieurs de eenheidsmol uitgebreid, maar verschillende eenheidsveelvouden kunnen geschikter zijn voor industrieel gebruik. De SI-eenheid voor volume is bijvoorbeeld de kubieke meter, een veel grotere eenheid dan de veelgebruikte liter in het chemisch laboratorium. Wanneer de hoeveelheid stof ook wordt uitgedrukt in kmol (1000 mol) in processen op industriële schaal, blijft de numerieke waarde van molariteit hetzelfde.
Voor het gemak om conversies in de imperiale (of Amerikaanse gebruikelijke eenheden ) te vermijden , hebben sommige ingenieurs de pond-mol (notatie lb-mol of lbmol ) aangenomen , die wordt gedefinieerd als het aantal entiteiten in 12 lb van 12 C. is gelijk aan453.59237 mol , [21] welke waarde hetzelfde is als het aantal grammen in een internationaal avoirdupois pond .
In het metrische systeem gebruikten scheikundig ingenieurs ooit de kilogram-mol (notatie kg-mol ), die wordt gedefinieerd als het aantal entiteiten in 12 kg van 12 C, en vaak naar de mol wordt verwezen als de gram-mol (notatie g- mol ), bij het omgaan met laboratoriumgegevens. [21]
De chemische techniekpraktijk aan het eind van de 20e eeuw ging de kilomole (kmol) gebruiken, die numeriek identiek is aan de kilogram-mol, maar waarvan de naam en het symbool de SI-conventie voor standaard veelvouden van metrische eenheden aannemen - dus kmol betekent 1000 mol. Dit komt overeen met het gebruik van kg in plaats van g. Het gebruik van kmol is niet alleen bedoeld voor "gemak van de grootte", maar maakt de vergelijkingen die worden gebruikt voor het modelleren van chemische technische systemen ook coherent . De omzetting van een stroomsnelheid van kg / s naar kmol / s vereist bijvoorbeeld alleen de molecuulmassa zonder de factor 1000, tenzij de basis SI-eenheid van mol / s zou worden gebruikt.
Kas- en kweekkamerverlichting voor planten wordt soms uitgedrukt in micromol per vierkante meter per seconde, waarbij 1 mol fotonen = 6,02 × 10 23 fotonen. [22]
Molendag
23 oktober, aangeduid als 10/23 in de VS, wordt door sommigen erkend als Mole Day . [23] Het is een informele feestdag ter ere van de eenheid onder apothekers. De datum is afgeleid van het Avogadro-nummer, dat ongeveer is6.022 × 10 23 . Het begint om 06.02 uur en eindigt om 18.02 uur. Als alternatief vieren sommige apothekers 2 juni ( 06/02 ), 22 juni ( 22/06 ) of 6 februari ( 06.02 ), een verwijzing naar het deel 6.02 of 6.022 van de constante. [24] [25] [26]
Zie ook
- Einstein (eenheid)
- Element-reactant-producttabel
- Faraday (eenheid)
- Molfractie - De verhouding van een bestanddeel tot de totale hoeveelheid van alle bestanddelen in een mengsel, uitgedrukt in mol / mol
- Dalton (eenheid) - Standaard massa-eenheid voor objecten op atomaire schaal
- Moleculaire massa
- Molaire massa
Aantekeningen en verwijzingen
- ^ a b c "Over de herziening van het internationale systeem van eenheden - Internationale Unie van zuivere en toegepaste chemie" . IUPAC | Internationale Unie voor zuivere en toegepaste chemie . 16 november 2018 . Ontvangen 1 maart 2021 .
- ^ een b International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (pdf) (8e ed.), Pp. 114-15, ISBN 92-822-2213-6, gearchiveerd (PDF) van het origineel op 14/08/2017
- ^ Wang, Yuxing; Boeket, Frédéric; Sheikin, Ilya; Toulemonde, Pierre; Revaz, Bernard; Eisterer, Michael; Weber, Harald W .; Hinderer, Joerg; Junod, Alain; et al. (2003). ‘Specifieke warmte van MgB 2 na bestraling’. Journal of Physics: Condensed Matter . 15 (6): 883-893. arXiv : cond-mat / 0208169 . Bibcode : 2003JPCM ... 15..883W . doi : 10.1088 / 0953-8984 / 15/6/315 . S2CID 16981008 .
- ^ Lortz, R .; Wang, Y .; Abe, S .; Meingast, C .; Paderno, Yu .; Filippov, V .; Junod, A .; et al. (2005). "Specifieke warmte, magnetische gevoeligheid, soortelijke weerstand en thermische uitzetting van de supergeleider ZrB 12 ". Phys. Rev. B . 72 (2): 024547. arXiv : cond-mat / 0502193 . Bibcode : 2005PhRvB..72b4547L . doi : 10.1103 / PhysRevB.72.024547 . S2CID 38571250 .
- ^ a b c de Bièvre, Paul; Peiser, H. Steffen (1992). " ' Atomic Weight' - De naam, zijn geschiedenis, definitie en eenheden" (pdf) . Pure en toegepaste chemie . 64 (10): 1535-1543. doi : 10.1351 / pac199264101535 .
- ^ a b c Internationaal Bureau voor maten en gewichten . " Realiseren van de mol Gearchiveerd 2008-08-29 bij de Wayback Machine ." Ontvangen 25 september 2008.
- ^ Helm, Georg (1897). ‘De principes van wiskundige chemie: de energetica van chemische verschijnselen’ . vert. door Livingston, J .; Morgan, R. New York: Wiley: 6 . Cite journal vereist
|journal=( hulp ) - ^ Sommige bronnen plaatsen de datum van eerste gebruik in het Engels als 1902. Merriam – Webster stelt voor Archived 2011-11-02 bij de Wayback Machine een etymologie van Molekulärgewicht ( molecuulgewicht ) voor.
- ^ Ostwald, Wilhelm (1893). Hand- und Hilfsbuch zur Ausführung Physiko-Chemischer Messungen [ Handboek en hulpboek voor het uitvoeren van fysisch-chemische metingen ]. Leipzig, Duitsland: Wilhelm Engelmann. p. 119.Vanaf p. 119: "Nennen wir allgemein das Gewicht in Grammen, welches dem Molekulargewicht eines gegebenen Stoffes numerisch gleich ist, ein Mol, so ..." (Als we in het algemeen het gewicht in gram noemen, dat numeriek gelijk is aan het molecuulgewicht van een gegeven substantie, een "mol", dan ...)
- ^ mol, n. 8 , Oxford English Dictionary , Draft Revision Dec. 2008
- ^ physics.nist.gov/ Gearchiveerd 2015/06/29 bij de Wayback Machine. Fundamentele fysische constanten: Avogadro Constant
- ^ Andreas, Birk; et al. (2011). "Bepaling van de Avogadro-constante door de atomen te tellen in een 28 Si-kristal". Fysieke beoordelingsbrieven . 106 (3): 30801. arXiv : 1010.2317 . Bibcode : 2011PhRvL.106c0801A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.106.030801 . PMID 21405263 . S2CID 18291648 .
- ^ "BIPM - Resolutie 3 van de 14e CGPM" . www.bipm.org . Gearchiveerd van het origineel op 9 oktober 2017 . Ontvangen 1 mei 2018 .
- ^ CIPM-rapport van 106e bijeenkomst Gearchiveerd 2018/01/27 bij de Wayback Machine. Ontvangen 7 april 2018
- ^ "De mol herdefiniëren" . NIST . NIST. 2018-10-23 . Ontvangen 24 oktober 2018 .
- ^ Giunta, CJ (2015) ‘De mol en de hoeveelheid stof in de chemie en het onderwijs: verder dan de officiële definities’ J. Chem. Educ. 92 : 1593-1597.
- ^ a b Schmidt-Rohr, K. (2020). "Analyse van de twee definities van de Mole, die in Gelijktijdig gebruik en hun Verrassende Consequences” J. Chem Educ.. 97 :. 597-602 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jchemed.9b00467
- ^ Prijs, Gary (2010). "Falen van het globale meetsysteem. Deel 1: het geval van chemie". Accreditatie en kwaliteitsborging . 15 (7): 421-427. doi : 10.1007 / s00769-010-0655-z . S2CID 95388009 .
- ^ Johansson, Ingvar (2010). "Metrologisch denken heeft de noties van parametrische grootheden, eenheden en dimensies nodig" . Metrologia . 47 (3): 219-230. Bibcode : 2010Metro..47..219J . doi : 10.1088 / 0026-1394 / 47/3/012 .
- ^ Cooper, G .; Humphry, S. (2010). "Het ontologische onderscheid tussen eenheden en entiteiten". Synthese . 187 (2): 393-401. doi : 10.1007 / s11229-010-9832-1 . S2CID 46532636 .
- ^ een b Himmelblau, David (1996). Basisprincipes en berekeningen in Chemical Engineering (6 ed.). pp. 17-20. ISBN 978-0-13-305798-0.
- ^ "Omzetting van lichtstraling" . Gearchiveerd van het origineel op 11 maart 2016 . Ontvangen op 10 maart 2016 .
- ^ Geschiedenis van de National Mole Day Foundation, Inc. Gearchiveerd 2010-10-23 bij de Wayback Machine .
- ^ Fijne Molendag! Gearchiveerd 2014/07/29 bij de Wayback Machine. , Mary Bigelow. SciLinks-blog, National Science Teachers Association. 17 oktober 2013.
- ^ Wat is Molendag? - Datum en hoe te vieren . Gearchiveerd 2014/07/30 op Wikiwix, Anne Marie Helmenstine. About.com.
- ^ De Perse School (7 februari 2013), De Perse School viert moedervlekken van de chemische variëteit , Cambridge Network, gearchiveerd van het origineel op 11/02/2015 , opgehaald op 11 februari 2015 ,
aangezien 6.02 overeenkomt met 6 februari, heeft de school namen de datum aan als hun 'Molendag'.
Externe links
- ChemTeam: The Origin of the Word 'Mole' at the Wayback Machine (gearchiveerd 22 december 2007)