5 Kemiska beräkningar: Massa, molmassa och substansmängd
Molmassa – massan per mol av ett ämne
Då definitionen av enheten #1 # u utgår från att en atom av kolisotopen #^{12}#C har massan exakt #12 # u, har man valt att även basera definitionen av substansmängden #1 # mol på kolisotopen #^{12}#C #^{2}#. #1 # mol innehåller samma antal formelenheter som det finns kolatomer i exakt #12 # g av kolisotopen #^{12}#.
2
Atommassan för kol är #12,01 # u och #1 # mol kolatomer väger #12,01 # g. För alla grundämnen gäller, att det mätetal som anger atommassan i enheten u även gäller för massan i enheten g av en mol av ämnet. Substansmängden #1 # mol är med andra ord väldigt praktisk, eftersom det går lätt att "översätta" atommassan för ett ämne till massan av en mol av ämnet. Massan per mol av ett ämne kallas ämnets molmassa. Det är en storhet som betecknas med # M # och har enheten #1 # g/mol som också skrivs #1 # g #\cdot # mol#^{-1}. # Molmassan är kvoten av massan och substansmängden.
Viktigt
Ett ämnes molmassa är massan av 1 mol av ämnet. Enhet: 1 g/mol.
Varje bägare innehåller #1 # mol av ett ämne, från vänster strösocker, nickelklorid, kopparsulfat, kaliumpermanganat, koppar och järn.
För att ta reda på vilken molmassa ett ämne har använder man en tabell, eller uppgifterna om mätetalen för atommassor i det periodiska systemet. Mätetalet för atommassa, med enheten #1 # u, används också som mätetalet för molmassa med enheten #1 # g/mol.
Viktigt
Molmassan, uttryckt i g/mol, och formelmassan, uttryckt i u, har samma mätetal.
Formelmassor och molmassor för några ämnen
ÄMNE | FORMEL | FORMELMASSA | MOLMASSA |
kol | C | #12,0# u | #12,0# g/mol |
syre | O2 | #32,0 # u | #32,0 # g/mol |
koldioxid | CO2 | #44,0 # u | #44,0 # g/mol |
kvävedioxid | NO2 | #46,0 # u | #46,0 # g/mol |
metan | CH4 | #16,0 # u | #16,0 # g/mol |
etanol | C2H5OH | #46,1 # u | #46,1 # g/mol |
natriumklorid | NaCl | #58,5 # u | #58,5 # g/mol |
kristalliserat kopparsulfat | CuSO4#\cdot5 #H2O | #250 # u | #250 # g/mol |
Eftersom #1 # mol kol väger cirka #12 # g, väger #2 # mol kol dubbelt så mycket, alltså #24 # g. Substansmängden #3 # mol kol väger #3 # mol #\cdot 12 # g/mol #= 36 # g.
Om man vet hur stor substansmängd som behövs av ett ämne och vilken molmassa ämnet har, kan man beräkna vilken massa av ämnet som behövs. Därefter kan man väga upp ämnet.
Mellan massan #( m ), # substansmängden #( n ) # och molmassan #( M ) # gäller följande samband:
MASSA | #=# | MOLMASSA | #\cdot# | SUBSTANSMÄNGD | ||
beteckning | #m# | #M# | #n# | |||
enhet | #1# g | #1# g/mol | #1# mol | |||
samband | #m=M\cdot n# | #M=m/n# | #n=m/M# |
Här följer några exempel som visar hur man utför beräkningar med hjälp av sambanden ovan. Det är viktigt att alltid ta med enheterna i beräkningarna!
Exempel
#3.# Hur stor massa har #0,20# mol magnesium?
Lösning
Svar
Massan är #4,9# g.
Kommentar
Antalet värdesiffror är två i det givna värdet för massan. Då bör man använda minst lika många värdesiffror för molmassan. Svaret får däremot högst innehålla två värdesiffror.
Exempel
#4.# Vilken substansmängd motsvarar 2,30 g natrium?
Lösning
Svar
Substansmängden är #0,100# mol.
Kommentar
Antalet värdesiffror är tre i det givna värdet. Då bör man använda minst tre värdesiffror för molmassan. Svaret får högst innehålla tre värdesiffror.
Exempel
#5.# Substansmängden av ett grundämne är #0,15# mol och massan är #6,0# g. Ämnet är i fast form vid rumstemperatur. Vilket är grundämnet?
Lösning
Svar
Molmassan är #40# g/mol.
Eftersom grundämnet är fast vid rumstemperatur är det kalcium.
Kommentar
Om inte informationen att ämnet är i fast form vid rumstemperatur funnits med i uppgiften skulle ämnet också kunna vara ädelgasen argon (Ar), som har samma molmassa som kalcium.
Exempel
#6.# Beräkna substansmängden vattenmolekyler i #36,0# g vatten, H2O.
Lösning
Svar
Substansmängden är #2,00# mol.
Kommentar
Molmassan för vatten är summan av molmassorna för de ämnen som ingår i molekylen. #1# mol H2O innehåller #2# mol väteatomer och #1# mol syreatomer.
Exempel
#7.# Vilken är substansmängden väteatomer i #0,25# g metan, CH4?
Lösning
Varje metanmolekyl innehåller #4# väteatomer, vilket ger
#n(\text{H})=4\cdot \frac{0,25\text{ g}}{16,04\text{ g/mol}} = 0,0623# mol
Svar
Substansmängden är #0,062# mol.
Lösning
Undvik att beräkna #n##(#CH4#)# för att förhindra att ett avrundningsfel smyger sig in. Om man avrundar ett värde under beräkningarnas gång, kan det ge avvikelser i det slutgiltiga svaret.