Mol: substansmängd, molmassa och stökiometri

Vad är en mol?

Atomer och molekyler är så små att det är meningslöst att räkna dem en och en. Kemister räknar dem i stället i paket, ungefär som ägg räknas i dussin. Ett paket heter mol och rymmer drygt 602 triljarder partiklar, ett tal med 24 siffror.

Talet är valt så att en mol av ett ämne väger lika många gram som ämnets formelmassa i atomära massenheter. En kolatom har massan 12,011 u i genomsnitt och en mol kol väger därför 12,011 gram. Vatten har formelmassan 18,015 u och en mol vatten väger 18,015 gram, drygt en matsked. Den kopplingen gör att du kan väga upp ett bestämt antal partiklar på en vanlig våg.

Du måste alltid säga vilka partiklar du menar. En mol syrgas, O₂, innehåller två mol syreatomer. En mol koksalt innehåller en mol natriumjoner och en mol kloridjoner.

Definitionen sedan 2019

Den 16 november 2018 beslutade generalkonferensen för mått och vikt i Versailles att definiera om fyra av SI-systemets grundenheter. För molen gäller sedan 20 maj 2019 att en mol innehåller exakt 6,022 140 76 × 10²³ elementarenheter. Talet är Avogadros konstant och har inget mätfel längre, eftersom det är bestämt.

Tidigare definierades molen som antalet atomer i 0,012 kilogram kol-12. Då var det Avogadros konstant som fick mätas. Många läroböcker och webbsidor använder fortfarande den gamla definitionen. I skolans beräkningar ger de två definitionerna samma resultat.

Molmassa: så räknar du

Molmassan M är massan för en mol av ämnet. Du får den genom att lägga ihop atomvikterna för alla atomer i formeln. Atomvikterna finns i periodiska systemet och fastställs av IUPAC:s kommission för isotoper och atomvikter.

1. Skriv formeln. Bikarbonat är NaHCO₃.
2. Räkna atomerna. En natrium, en väte, en kol och tre syre.
3. Slå upp atomvikterna. Na 22,990, H 1,008, C 12,011 och O 15,999.
4. Multiplicera och summera. 22,990 + 1,008 + 12,011 + 3 × 15,999 = 84,006 g/mol.

Värdena är räknade med IUPAC:s förkortade standardatomvikter. Läroböcker avrundar ofta till en decimal, vilket ger till exempel 18,0 för vatten och 58,4 för koksalt. Hur många decimaler du ska ha beror på hur noggranna mätvärdena i uppgiften är. Räknaren ovan använder samma värden.

Sambanden mellan massa, molmassa och substansmängd

Tre storheter hänger ihop: massan m i gram, molmassan M i gram per mol och substansmängden n i mol. Stor och liten bokstav betyder olika saker. M är molmassa och m är massa.

Exempel: hur många molekyler finns i ett glas vatten?

Ett glas med 250 gram vatten innehåller n = 250 / 18,015 = 13,88 mol. Antalet molekyler blir 13,88 × 6,022 × 10²³ = 8,36 × 10²⁴, vilket är över åtta kvadriljoner vattenmolekyler.

Koncentration i mol per kubikdecimeter

Koncentrationen c anger hur många mol av ett ämne som finns i en kubikdecimeter lösning, det vill säga en liter. Enheten mol/dm³ skrivs ibland M och utläses molar. Om du löser 9,0 gram koksalt i vatten till en liter lösning blir n = 9,0 / 58,44 = 0,154 mol och c = 0,154 mol/dm³.

Mol används även utanför kemisalen: långtidssockret HbA1c hos personer med diabetes anges i Sverige i millimol per mol. Målet för vuxna med typ 1-diabetes är enligt Göteborgs universitet 52 mmol/mol eller lägre.

Gasers molvolym

En mol av en idealgas tar samma volym oavsett vilken gas det är, så länge tryck och temperatur är desamma. Det var Amedeo Avogadros iakttagelse 1811. Värdet beror på vilka villkor du räknar med. Här blandar många källor ihop siffrorna.

Värdena följer av den allmänna gaslagen V = RT/p med den exakta gaskonstanten R = 8,314 462 618 J/(mol·K). Verkliga gaser avviker lite från idealgasen. Använd det värde som din lärobok eller ditt formelblad anger.

Balansera en reaktionsformel

En reaktionsformel visar vilka ämnen som reagerar och vad som bildas. Atomer försvinner inte och skapas inte i en kemisk reaktion. Därför måste varje atomslag finnas i lika stort antal på båda sidor om pilen.

1. Kontrollera att alla atomslag finns på båda sidor.
2. Räkna atomerna av varje slag till vänster och till höger, gärna i en tabell.
3. Sätt koefficienter framför formlerna. Börja med de sammansatta ämnena och ta grundämnen som O₂ och H₂ sist.
4. Räkna om och upprepa tills alla atomslag stämmer.
5. Kontrollera laddningen om joner ingår. Summan av laddningar ska vara lika på båda sidor.
6. Förkorta koefficienterna till minsta möjliga heltal.

Ändra aldrig siffrorna inuti en formel. H₂O är vatten men H₂O₂ är väteperoxid, ett helt annat ämne. När metan brinner blir den balanserade formeln CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Räkna själv: en kol, fyra väte och fyra syre på varje sida.

Stökiometri: räkna med reaktionsformler

Stökiometri är läran om mängdförhållanden i kemiska reaktioner. Koefficienterna i en balanserad formel anger förhållandet mellan substansmängderna, inte mellan massorna.

Ett exempel från köket är bikarbonat och ättika. När de blandas fräser det av koldioxid.

Formeln är redan balanserad och alla koefficienter är 1. En mol bikarbonat reagerar därmed med en mol ättiksyra och ger en mol koldioxid.

Begränsande reaktant

Anta att du blandar 5,0 gram bikarbonat med 3,0 gram ren ättiksyra. Bikarbonaten blir 5,0 / 84,006 = 0,0595 mol. Ättiksyran blir 3,0 / 60,052 = 0,0500 mol. Eftersom förhållandet är 1:1 tar ättiksyran slut först och är den begränsande reaktanten.

Det bildas därför 0,0500 mol koldioxid, vilket väger 0,0500 × 44,009 = 2,20 gram. Vid 25 °C och normalt lufttryck motsvarar det 0,0500 × 24,47 = 1,22 liter gas. Ungefär 0,8 gram bikarbonat blir kvar oreagerad.

Har en reaktion andra koefficienter än 1 dividerar du varje reaktants substansmängd med dess koefficient. Den reaktant som får lägst kvot är begränsande.

Utbyte

Det teoretiska utbytet är den mängd produkt som bildas om all begränsande reaktant reagerar. I verkligheten blir det oftast mindre, till exempel för att en del gas läcker ut eller produkten fastnar i kärlet. Procentuellt utbyte är verkligt utbyte delat med teoretiskt, gånger 100.

Exoterma och endoterma reaktioner

En exoterm reaktion avger energi till omgivningen, oftast som värme. Förbränning är det tydligaste exemplet. En endoterm reaktion tar upp energi. Omgivningen blir kallare eller energin måste tillföras. Fotosyntesen är endoterm och drivs av solljus.

På kemi nivå 1 räcker det enligt Skolverkets kommentarmaterial att visa energiomsättningen med energidiagram. Beräkningar med entalpi kommer på nivå 2.

Molbegreppets historia

1. 1811Amedeo Avogadro föreslår att lika volymer gas vid samma tryck och temperatur innehåller lika många partiklar.
2. 1865Josef Loschmidt gör den första uppskattningen av hur många molekyler som finns i en gasvolym.
3. 1893Wilhelm Ostwald använder ordet Mol, en förkortning av tyskans Molekül, i en handbok i fysikalisk kemi.
4. 1909Jean Perrin ger talet namnet Avogadros tal. Han får Nobelpriset i fysik 1926, främst för sina mätningar av det.
5. 1971Mol blir den sjunde grundenheten i SI-systemet, definierad via 0,012 kilogram kol-12.
6. 2019Den 20 maj börjar den nya definitionen gälla. Avogadros konstant blir ett exakt tal.

Kemilärare i USA firar Mol Day den 23 oktober mellan klockan 06.02 och 18.02. Datum och tider anspelar på 6,02 × 10²³ skrivet på amerikanskt sätt.

Mol i skolans kemi

I ämnesplanen för kemi nivå 1, som gäller för utbildningar som börjar från 1 juli 2025, finns beräkningar av substansmängdförhållanden och koncentrationer med. Där ingår även begränsande reaktanter, utbyte och energiomsättningar vid endoterma och exoterma reaktioner. Själva ordet mol står inte i planen men behövs för allt detta. I den äldre kursen Kemi 1 hette motsvarande avsnitt Stökiometri. Kursen är obligatorisk på Naturvetenskapsprogrammet och Teknikprogrammet.

Vanliga frågor

Hur mycket är en mol?

En mol är exakt 6,022 140 76 × 10²³ partiklar. En mol vatten väger 18,015 gram och en mol koksalt 58,44 gram.

Hur räknar man ut molmassa?

Lägg ihop atomvikterna för alla atomer i formeln. För vatten blir det 2 × 1,008 + 15,999 = 18,015 g/mol.

Vad betyder n = m/M?

Substansmängden n i mol är massan m i gram delat med molmassan M i gram per mol.

Vad är skillnaden mellan mol och molmassa?

Mol är enheten för substansmängd, det vill säga antal partiklar. Molmassa är massan för en mol av ämnet och anges i g/mol.

Är molvolymen 22,4 eller 24,5 dm3/mol?

22,4 gäller 0 °C och 1 atm. 24,5 gäller 25 °C och 1 atm. IUPAC:s standardvillkor 0 °C och 100 kPa ger 22,71.

Vad är stökiometri?

Läran om mängdförhållanden i kemiska reaktioner. Den balanserade reaktionsformeln anger i vilket förhållande ämnena reagerar räknat i mol.

Varför definierades molen om 2019?

Alla SI-enheter skulle bygga på exakta naturkonstanter i stället för fysiska föremål eller mätningar. Avogadros konstant fick då ett fast värde.