Mol, molyar massa, Avogadro soni

Kimyoviy masalalarning deyarli barchasi bitta harakatdan boshlanadi: berilgan kattalikni molga o‘tkazish. Mol — "kimyoviy dona": atom va molekulalar shu qadar kichikki, ularni bittalab sanab bo‘lmaydi, shuning uchun ular katta "to‘plamlar" bilan o‘lchanadi. Reaksiya tenglamasidagi koeffitsiyentlar aynan mollar nisbatini ko‘rsatadi, massalar yoki hajmlar nisbatini emas. Bu bobni puxta o‘zlashtirgan o‘quvchi har qanday hisob masalasining kirish qismini avtomatik bajaradi: massani, gaz hajmini, zarrachalar sonini va eritma konsentratsiyasini molga va aksincha o‘tkazadi. Bu mavzu "Hisob masalalari" va "Eritmalar" mavzularining poydevori.

§1. Mol va Avogadro soni

Mol — modda miqdorining birligi: 12 g uglerod-12 da nechta atom bo‘lsa, shuncha struktura birligini saqlagan modda miqdori. Bu son Avogadro doimiysi deyiladi (A. Avogadro sharafiga); 2019 yildan boshlab mol aynan shu sonning qat’iy qiymati orqali ta’riflanadi.
Molyar massa M (g/mol) — 1 mol moddaning massasi; son jihatdan nisbiy molekulyar massa Mr ga teng: M(H₂O) = 18 g/mol, M(H₂SO₄) = 98 g/mol.
Asosiy bog‘lanishlar:

Zarrachalar sonini hisoblashda nima so‘ralayotganiga e’tibor bering: molekulalar, atomlar, ionlar yoki elektronlar. Masalan, 1 mol H₂O da 6,02·10²³ molekula, lekin 3·6,02·10²³ atom va 10·6,02·10²³ elektron bor.

Mol tushunchasi formulani topishda ham asosiy vosita: moddadagi elementlar massalarini (yoki massa ulushlarini) ularning atom massalariga bo‘lib, mol nisbati topiladi; bu nisbat eng kichik butun sonlarga keltirilsa, eng oddiy formula hosil bo‘ladi. Masalan, 2,4 g uglerod va 0,6 g vodoroddan iborat moddada n(C) : n(H) = 0,2 : 0,6 = 1 : 3, eng oddiy formula CH₃; molyar massa 30 g/mol bo‘lsa, haqiqiy formula C₂H₆ bo‘ladi. Xuddi shunday, ionli birikmada ionlar soni ham molga ko‘paytirilib topiladi.

Misol

0,2 mol Na[Al(OH)₄] dagi atomlarning umumiy sonini toping.

1. Bitta formula birligida: Na 1 + Al 1 + O 4 + H 4 = 10 atom.
2. Atomlar miqdori: 0,2·10 = 2 mol.
3. N = 2·6,02·10²³ = 1,204·10²⁴.

§2. Gazlar: molyar hajm va nisbiy zichlik

• Avogadro qonuni: bir xil sharoitda teng hajmdagi gazlarda molekulalar soni teng, shuning uchun hajmlar nisbati = mollar nisbati.
• Nisbiy zichlik: D_B(A) = M(A)/M(B); havo bo‘yicha D = M/29, vodorod bo‘yicha D = M/2. Havoning o‘rtacha molyar massasi 29 g/mol; molyar massasi 29 dan kichik gazlar (H₂, He, NH₃, CH₄) havodan yengil.
• Aralashmaning o‘rtacha molyar massasi:

• Normal bo‘lmagan sharoit uchun Mendeleyev–Klapeyron tenglamasi: pV = nRT (R = 8,314 J/(mol·K), p — kPa, V — l, T — K).

Misol

N₂ va H₂ aralashmasining vodorodga nisbatan zichligi 4,25. N₂ ning hajmiy ulushini toping.

1. M̄ = 4,25·2 = 8,5 g/mol.
2. 28x + 2(1 − x) = 8,5 → 26x = 6,5 → x = 0,25.
3. N₂ — 25 %, H₂ — 75 %.

Misol

27 °C va 100 kPa da 1 mol gaz qancha hajm egallaydi?

1. T = 27 + 273 = 300 K.
2. V = nRT/p = 1·8,314·300/100.
3. V ≈ 24,9 l — normal sharoitdagidan katta, chunki harorat yuqori va bosim biroz past.

§3. Tenglama bo‘yicha hisob

1. Reaksiya tenglamasini yozing va tenglang.
2. Berilgan moddani molga o‘tkazing.
3. Koeffitsiyentlar nisbati bo‘yicha noma’lum modda molini toping.
4. Kerakli birlikka o‘ting (g, l, dona).

Gazlar orasidagi reaksiyalarda (bir xil sharoitda) hajmlar bilan molga o‘tmasdan to‘g‘ridan-to‘g‘ri ishlash mumkin: 2H₂ + O₂ → 2H₂O(g) da 2 l vodorodga 1 l kislorod kerak.

Misol

13 g rux mo‘l xlorid kislotada eriganda necha litr H₂ (n.sh.) ajraladi?

1. Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂.
2. n(Zn) = 13/65 = 0,2 mol.
3. n(H₂) = n(Zn) = 0,2 mol.
4. V = 0,2·22,4 = 4,48 l.

§4. Ortiqcha va yetishmovchi modda, unum

Ikkala reagent miqdori berilsa, har birining mol miqdorini o‘z koeffitsiyentiga bo‘ling: kichigi yetishmovchi (kam) modda, mahsulot shu bo‘yicha hisoblanadi.

Ko‘p bosqichli jarayonda umumiy unum bosqich unumlarining ko‘paytmasiga teng: 80 % va 50 % li ikki bosqichning umumiy unumi 40 %. Aralashmadagi modda yoki texnik namunadagi toza modda ulushi ham shunga o‘xshash hisobga olinadi: avval toza modda massasi topiladi, so‘ng u molga o‘tkaziladi.

Misol

5,6 l H₂ va 4,48 l Cl₂ (n.sh.) aralashmasi portlatildi. Necha gramm HCl hosil bo‘ladi?

1. H₂ + Cl₂ → 2HCl; n(H₂) = 0,25 mol, n(Cl₂) = 0,2 mol — xlor yetishmaydi.
2. n(HCl) = 2·0,2 = 0,4 mol → m = 0,4·36,5 = 14,6 g (8,96 l).
3. Ortib qolgan H₂: 0,05 mol.

§5. Ekvivalent va ekvivalentlar qonuni

Ekvivalent — 1 mol vodorod atomi bilan birikadigan yoki uni almashtiradigan modda miqdori. Ekvivalent massa:

Ekvivalentlar qonuni: moddalar ekvivalent miqdorlarda reaksiyaga kirishadi, m₁/E₁ = m₂/E₂.
Ekvivalent reaksiyaga bog‘liq bo‘lishi mumkin: H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O reaksiyasida faqat bitta vodorod almashadi, shuning uchun E(H₃PO₄) = 98/1 = 98, to‘liq neytrallanishda esa 98/3 ≈ 32,7.

Misol

1,2 g metall kislotadan 1,12 l vodorod (n.sh.) siqib chiqardi. Metallning ekvivalent massasini toping va metallni aniqlang (valentligi II).

1. n(H₂) = 1,12/22,4 = 0,05 mol → vodorod atomlari 0,1 mol.
2. E = 1,2/0,1 = 12 g/mol.
3. A = E·valentlik = 12·2 = 24 — magniy.

O‘zingizni tekshiring

1. 9 g suvda nechta molekula bor?

2. 3,01·10²³ ta O₂ molekulasining massasi qancha?

3. Gazning havoga nisbatan zichligi 2,2. Uning molyar massasi qancha?

4. 0,1 mol Al₂(SO₄)₃ to‘liq dissotsilansa, necha mol ion hosil bo‘ladi?

5. 10 g CaCO₃ qizdirilganda 2,24 l CO₂ (n.sh.) ajraldi. Unum qancha?

6. K₂HPO₄ ning tuz sifatidagi ekvivalent massasi qancha?

7. 11,2 l CO₂ (n.sh.) ning massasi qancha?

8. 1 mol NH₃ molekulasida necha mol atom bor?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Molekulalar va atomlar sonini adashtirish: O₂ molekulasida 2 ta atom.
• Normal bo‘lmagan sharoitda ham 22,4 l/mol ni qo‘llash: pV = nRT dan foydalaning.
• Ortiqcha modda bo‘yicha hisoblash.
• Ekvivalentni reaksiyani hisobga olmasdan faqat formula bo‘yicha topish.
• Hajmni molga aylantirishda suyuq va qattiq moddalar uchun ham 22,4 ni qo‘llash: bu faqat gazlar uchun.