アボガドロ数を使って原子や分子の数を計算する

アボガドロ数、またはアボガドロ定数 (N _A ) は、炭素 12 同位体の完全に純粋なサンプル 12 グラムに含まれる炭素原子の数を表します。同時に、任意の物質 1 モルに含まれる単位の数を表し、6,022.10 ²³モル^-1の値を持ちます。

要するに、アボガドロ数を理解し、それを使用して化学の計算を実行する方法を知ることは、この科学分野の中心であるモルの概念を理解するための最も直接的な方法です。そのため、この記事では、アボガドロ数の使用を伴う 2 つの典型的な化学の問題を解決する方法を段階的に示します。

必要な基礎を説明する簡単な問題から始めて、いくつかの個別の計算を含むより複雑な問題に進みます。

問題1

声明

重さが 0.500 g であることがわかっているこの液体の滴に含まれる水分子の数を決定します。データ: PA _H = 1 amu、PA _O = 16 amu。

解決

問題を解決するときはいつものように、ステートメントを分析して関連データを抽出することから始めなければなりません。この場合、情報としてそれが水であるという事実、液滴の質量、および水素と酸素の原子量しかありません。

m_水= 0.500g

水の分子式はH ₂ Oなので、その分子量は次のとおりです。

未知数は水分子の数で、大文字のNで表されます。このように、小文字のnで表されるモル数とは異なります。つまり、次のようになります。

N_水= ?

この問題を解決するには、アボガドロ定数に関係するほとんどの問題と同様に、粒子数とモル数の関係を使用します。これは次のとおりです。

この特定のケースでは、N を見つけることに関心があるため、この方程式を再構成する必要があります。さらに、同じ物質内の複数の物質のモル数または粒子数を計算する際の混乱を避けるために、計算しているモル数と、問題の特定の物質、原子、またはイオンの粒子数の両方を特定することを常にお勧めします。問題 (これは次の問題で行います)。

したがって、水の粒子の数を見つけるために使用する式は次のようになります。

ご覧のとおり、未知数を計算するには、水のモル数が必要です。幸いなことに、これらは次の式を使用して水の質量から計算できます。

水の分子量 (PM) は数値的にはモル質量に等しい (ただし単位は異なる) ため、問題を解決するために必要なものはすべて揃っています。最初にモルを計算してから粒子数の式に代入するか、モルの式を上記の式に代入して単一の計算を実行できます。

この場合、2 番目を実行します。

したがって、0.500 g の水滴には 1,673.10 ^{22 個}の水分子があります。分子の数 N は純粋な数であることに注意してください。つまり、単位がありません。単位は、計算する対象 (この場合は水分子) に合わせて末尾に配置する必要があります。

問題2

声明

式が Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 Oである水和硫酸アルミニウムの 10 mg サンプルに存在する硫酸イオンの数と全酸素原子の数を決定します。塩のモル_質量は_{666.42 g.mol}です_。^-1 .

解決

繰り返しますが、粒子の数を決定したいのですが、この場合は (水の場合のように) 化合物全体ではなく、物質の一部です。モル質量はモルあたりのグラム単位であるため、質量をグラムに変換することから始める必要があります。

これらのデータを使用して、前の問題で行ったのと同じ方法で、サンプルに存在する塩の分子または式単位の数を計算できます。しかし、これは私たちが決定したいことではありません。

ただし、分子式から、必要なものを計算できる単純な化学量論関係を確立できます。

さて、式から、塩の式単位ごとに3つの硫酸イオンがあることがわかります. したがって、この化学量論比を掛けるだけで、塩の単位を硫酸イオンに変換できます。

酸素原子の数については、硫酸イオンに存在するすべての酸素と水分子に存在する酸素を合計する必要があります。

この関係を使用して、硫酸イオンの場合と同様に、フォーミュラ ユニットの数からサンプル内の酸素の数を計算します。

参考文献

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アボガドロ数とほくろ. （2021年1月3日）。https://bio.libretexts.org/@go/page/8788から取得

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