Mooli ja Avogadron vakio
Mooli on SI-järjestelmän ainemäärän yksikkö. Yksi mooli sisältää täsmälleen 6,02214076×10²³ määriteltyä alkeisyksikköä. Yksikkö voi olla atomi, molekyyli, ioni, elektroni tai ionikiteen kaavayksikkö, joten laskettavan kohteen nimi kuuluu aina mukaan.
Täsmällinen määritelmä
Avogadron vakion N_A=6,02214076×10²³ mol⁻¹ lukuarvo on määritelmän mukaan täsmällinen. Mooli toimii valtavan hiukkasmäärän laskentayksikkönä ja yhdistää mikroskooppisen maailman laboratorion mitattaviin suureisiin.
Hiukkasmäärä
Yhteys on N=nN_A. Yksi mooli O₂-molekyylejä sisältää N_A molekyyliä mutta 2N_A happiatomia. Ilmaus “yksi mooli hiukkasia” on epätäsmällinen, jos ei kerrota, mitä hiukkasia tarkoitetaan.
Moolimassa
n=m/M yhdistää massan ja ainemäärän. Moolimassa ilmoitetaan usein g/mol. Sen lukuarvo muistuttaa suhteellista atomi- tai molekyylimassaa, mutta suureiden yksiköt ja fysikaalinen merkitys ovat eri.
Stoikiometria
Tasapainotetun reaktion kertoimet ovat moolisuhteita. Reaktiossa 2H₂+O₂→2H₂O kaksi moolia vetyä tarvitsee yhden moolin happea ja voi muodostaa kaksi moolia vettä.
Rajoittava aine
Jos lähtöaineita ei ole stoikiometrisessä suhteessa, yksi loppuu ensin. Tämä rajoittava reagenssi määrää tuotteen suurimman teoreettisen ainemäärän. Ylimääräistä toista reagenssia jää jäljelle.
Liuokset
Moolikonsentraatio c=n/V käyttää lopullisen liuoksen tilavuutta. Yksinkertaisessa laimennuksessa, jossa ainemäärä ei muutu, pätee c₁V₁=c₂V₂. Tämä on ainetase, ei yleinen reaktiolaki.
Kaasut
Ideaalikaasulle PV=nRT. Yhtä universaalia “moolitilavuutta” ei ole ilman lämpötilan ja paineen määritystä. Tunnettu noin 22,4 L/mol liittyy tiettyihin standardiolosuhteisiin.
Kaavayksikkö
Ionikiteessä kuten NaCl:ssa ei ole erillisiä NaCl-molekyylejä samalla tavalla kuin H₂O-molekyylejä. Yksi mooli NaCl:ää tarkoittaa N_A kaavayksikköä suhteessa 1:1 ja täydellisessä liukenemisessa ideaalisti yhtä moolia Na⁺- ja yhtä moolia Cl⁻-ioneja.
Faradayn yhteys
Sähkökemian Faradayn vakio F=N_Ae yhdistää yhden moolin elektronien kokonaisvarauksen alkeisvaraukseen. Näin mooli yhdistää hiukkaslaskennan myös mitattuun sähkövaraukseen, ei vain massaan.
Merkittävät numerot
Avogadron vakio on täsmällinen määritelmä, mutta mitattu massa, konsentraatio tai moolimassa ei välttämättä ole. Lopputuloksen epävarmuus määräytyy käytännön mittausten mukaan eikä N_A:n numeromäärän perusteella.
Mooli ei määrää hiukkasen ominaisuuksia
Kaksi yhden moolin näytettä sisältää saman määrän määriteltyjä yksiköitä, mutta niiden massa, tilavuus ja energia voivat olla hyvin erilaisia. Mooli on lukumäärän mitta; se ei ole itsessään massan tai tilavuuden vakio.
Harjoitus
Kuinka monta molekyyliä on 0,250 mol:ssa H₂O:ta?
Ratkaisu
N≈0,250·6,02214076×10²³=1,506×10²³ molekyyliä.