Đang tải bài học…

AP Chemistry

khái niệm mol

mole concept

Còn gọi: mol

Khái niệm mol là hệ thống đếm hạt vi mô dựa trên số Avogadro, giúp chuyển đổi giữa khối lượng mẫu đo được và số lượng nguyên tử hoặc phân tử.

Trong hóa học, các nguyên tử và phân tử quá nhỏ để đếm từng hạt, nên nhà khoa học cần một đơn vị đếm đủ lớn để dùng trong phòng thí nghiệm. Khái niệm mol ra đời để đáp ứng nhu cầu đó: một mol bất kỳ chất nào cũng chứa đúng số Avogadro hạt, tức là $6{,}02 \times 10^{23}$ đơn vị công thức (formula units). Con số khổng lồ này được chọn sao cho khối lượng của một mol tính bằng gam trùng khớp về trị số với khối lượng của một hạt tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử.

Khối lượng mol (molar mass) của một chất là khối lượng tính bằng gam của đúng một mol chất đó, và nhờ sự trùng hợp kể trên, nó có cùng trị số với khối lượng phân tử hoặc khối lượng nguyên tử. Vì vậy, khi biết công thức hóa học, ta dễ dàng tính khối lượng mol bằng cách cộng khối lượng nguyên tử của các nguyên tố thành phần. Chẳng hạn, nước có công thức $\text{H}_2\text{O}$ nên khối lượng mol bằng $2 \times 1{,}0 + 16{,}0 = 18{,}0$ gam trên mỗi mol; con số này cho biết cứ 18 gam nước thì chứa đúng một mol phân tử nước.

Nhờ khái niệm mol, nhà hóa học có thể chuyển đổi giữa khối lượng mẫu đo được trên cân và số hạt thực sự tham gia phản ứng. Để làm điều này, ta chia khối lượng mẫu cho khối lượng mol để tìm số mol, rồi nhân với số Avogadro để suy ra tổng số hạt. Ngược lại, khi biết số hạt cần thiết, ta chia cho số Avogadro rồi nhân với khối lượng mol để xác định khối lượng phải cân. Do đó, mol trở thành cầu nối trung tâm trong tính toán hóa học (stoichiometry), cho phép dự định lượng chất phản ứng và sản phẩm trong mọi phương trình.

Ký hiệu

n

(số mol),

M

(khối lượng mol),

N_A

(số Avogadro)

Đơn vịmol (lượng chất), g/mol (khối lượng mol)

Trực giác: Giống như 'tá' là cách gọi tắt cho mười hai cái bút chì, 'mol' là cách gọi tắt cho 6,02×10²³ hạt — chỉ khác là nguyên tử nhỏ đến mức cả một mol như thế thường chỉ nặng vài gram, đủ để cầm gọn trên tay.

Công thức

\htmlClass{fp-0}{n} = \frac{\htmlClass{fp-1}{m}}{\htmlClass{fp-2}{M}}

Dùng khi biết khối lượng của mẫu chất và cần quy đổi sang số mol để thực hiện các tính toán hóa học tiếp theo.

Trong đó

n

số mol của chất — mol

m

khối lượng của mẫu chất — g

M

khối lượng mol của chất — g/mol

\htmlClass{fp-0}{N} = \htmlClass{fp-1}{n} \times \htmlClass{fp-2}{N_A}

Khái niệm này sinh ra từ đâu

cuối thế kỷ 19 (khoảng 1894–1897)Wilhelm OstwaldAugust Wilhelm HofmannAmedeo AvogadroJohn DaltonJoseph Proust

Hay hiểu sai

Hệ số trong phương trình là tỉ lệ số mol, không phải tỉ lệ khối lượng.

Một mol phân tử không phải một mol nguyên tử.

Thể tích mol 22,4 L chỉ đúng cho khí lý tưởng ở điều kiện STP.

Nồng độ mol tính theo thể tích dung dịch, không phải thể tích dung môi.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một học sinh cân được 4,50 g calcium chloride khan, CaCl₂, rồi hòa tan hoàn toàn vào nước. Cho khối lượng mol (molar mass) của CaCl₂ là 110,98 g/mol và số Avogadro (Avogadro's number) là

6,022\times10^{23}\ \text{mol}^{-1}

aTính số mol CaCl₂ có trong mẫu.
bTính số ion Cl⁻ được giải phóng khi mẫu tan hết trong nước.

1Bước 1: Bài toán cho khối lượng và hỏi số hạt, mà hai đại lượng này không nối trực tiếp với nhau được. Vì vậy ta phải đi vòng qua số mol: khối lượng mol đưa gam về mol, rồi số Avogadro đưa mol về số hạt. Sơ đồ chuyển đổi luôn là

m \rightarrow n \rightarrow N

, và mọi bài đếm hạt trong đề AP đều chạy theo đúng trục này.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Mol và khối lượng mol” — khoá AP Chemistry

Cần trướchằng số Avogadro khối lượng nguyên tử trung bình

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 150–151, 155.

Dùng khi đã có số mol và cần tính số hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, ion) thực sự có mặt trong mẫu.

Trong đó

N

số hạt vi mô (nguyên tử, phân tử hoặc ion)

n

số mol của chất — mol

N_A

hằng số Avogadro (Avogadro's number), xấp xỉ

6{,}02 \times 10^{23}

— mol^{-1}

Thuật ngữ "mol" do nhà hóa học người Đức Wilhelm Ostwald đưa vào cuối thế kỷ 19 (bản tiếng Anh xuất hiện năm 1897, bắt nguồn từ chữ Mol tiếng Đức ông đặt ra khoảng năm 1894), nhằm có một cách đếm số hạt vi mô thông qua khối lượng cân được trong phòng thí nghiệm.

Từ cuối thế kỷ 18, hóa học đã biết rằng chỉ đo khối lượng các thành phần thì chưa đủ để mô tả một hệ chất: định luật tỉ lệ xác định (law of definite proportions) của Proust năm 1794 cho thấy các chất luôn kết hợp theo tỉ lệ cố định, và định luật áp suất riêng phần của Dalton năm 1803 còn cho thấy có thể xác định lượng chất mà không cần cân. Năm 1811, Avogadro khẳng định những thể tích khí bằng nhau ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa cùng số phân tử. Từ đó nảy ra ý tưởng rằng một khối lượng nhất định ứng với một số hạt nhất định, và hóa học cần một đơn vị riêng cho ý tưởng ấy.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe lạ tai này có gốc Latin: "moles" nghĩa là khối lớn, đống lớn. Người đầu tiên mang chữ ấy vào hóa học là nhà hóa học Đức August Wilhelm Hofmann, khoảng năm 1865, dưới dạng tính từ "molar" — chính là chữ còn sót lại trong "khối lượng mol" (molar mass) mà đề thi vẫn dùng đến hôm nay. Vì vậy, nghĩa gốc của mol không phải là "con số" mà là "phần vật chất đủ lớn để cầm nắm và cân được", đối lập với hạt vi mô không thấy được. Đến thập niên 1890, Ostwald đặt ra đơn vị Mol trong tiếng Đức; theo một số ghi chép, ông rút gọn nó từ chữ Molekül (phân tử), và bản dịch sang tiếng Anh "mole" xuất hiện năm 1897. Hai lối giải thích này không mâu thuẫn mà bổ sung cho nhau: chữ Molekül tự nó cũng là dạng thu nhỏ của "moles", nên dù đi đường nào thì gốc vẫn là "khối". Điều đáng nhớ là mol ban đầu được định nghĩa qua khối lượng phân tử chứ không qua số hạt; con số Avogadro (Avogadro's number) chỉ về sau mới trở thành cách phát biểu chuẩn, khi lượng chất (amount of substance) được công nhận là một đại lượng cơ bản riêng trong hệ SI.

Mẹo phòng thi

Viết đơn vị trên từng bước và cho chúng triệt tiêu nhau.

Luôn kiểm tra chất giới hạn khi đề cho khối lượng của từ hai chất phản ứng trở lên.

Giữ chữ số có nghĩa theo dữ kiện kém chính xác nhất và chỉ làm tròn ở bước cuối.

Tần suất trong đề AP ChemistryÍt gặp

Bước 2: Chuyển khối lượng sang số mol bằng cách chia cho khối lượng mol:

n = \frac{m}{M} = \frac{4{,}50\ \text{g}}{110{,}98\ \text{g/mol}} = 0{,}0405\ \text{mol}

Kết quả này nói rằng mẫu chứa 0,0405 mol đơn vị công thức (formula unit) CaCl₂, tức khoảng bốn phần trăm của một mol.

3Bước 3: Trước khi đếm ion, phải đọc chỉ số dưới trong công thức. Mỗi đơn vị công thức CaCl₂ chứa một ion Ca²⁺ và hai ion Cl⁻, nên số mol Cl⁻ gấp đôi số mol hợp chất:

n_{\text{Cl}^-} = 2 \times 0{,}0405 = 0{,}0811\ \text{mol}

Đây là bước mà thí sinh hay mất điểm nhất, vì quên nhân hệ số 2 thì đáp số nhỏ đi đúng một nửa.

4Bước 4: Cuối cùng, nhân số mol ion với số Avogadro để ra số hạt:

N = 0{,}0811 \times (6{,}022\times10^{23}) = 4{,}88\times10^{22}\ \text{ion Cl}^-

Đơn vị tự triệt tiêu đúng như phép phân tích thứ nguyên (dimensional analysis) đòi hỏi: mol nhân với ion trên mol còn lại ion.

Mẫu 4,50 g CaCl₂ tương ứng 0,0405 mol hợp chất, và khi tan hết nó giải phóng $4{,}88\times10^{22}$ ion Cl⁻ vào dung dịch. Con số này lớn hơn hẳn số mol vì mol chỉ là cách gói $6{,}022\times10^{23}$ hạt lại thành một đơn vị đếm được trong phòng thí nghiệm.

2Ví dụ 2/2

Phân tích nguyên tố một hợp chất hữu cơ thu được thành phần phần trăm khối lượng: 40,0% C; 6,7% H; 53,3% O. Phép đo khối lượng mol phân tử của hợp chất cho giá trị 180 g/mol. Khối lượng mol nguyên tử: C = 12,01; H = 1,008; O = 16,00 g/mol.

aXác định công thức thực nghiệm của hợp chất.
bXác định công thức phân tử của hợp chất.

1Bước 1: Phần trăm khối lượng không cho biết trực tiếp tỉ lệ nguyên tử, vì mỗi nguyên tố có khối lượng mol khác nhau. Mẹo chuẩn là giả sử ta có đúng 100,0 g mẫu, khi đó phần trăm biến thành gam mà không cần tính gì thêm: 40,0 g C, 6,7 g H và 53,3 g O. Từ đây bài toán trở về dạng quen thuộc là đổi gam sang mol.

2Bước 2: Chia từng khối lượng cho khối lượng mol tương ứng:

n_{\text{C}} = \frac{40{,}0}{12{,}01} = 3{,}33 \qquad n_{\text{H}} = \frac{6{,}7}{1{,}008} = 6{,}65 \qquad n_{\text{O}} = \frac{53{,}3}{16{,}00} = 3{,}33

Ba số này là số mol nguyên tử của mỗi nguyên tố trong 100,0 g mẫu, và vì mol tỉ lệ thuận với số nguyên tử nên chúng cũng chính là tỉ lệ nguyên tử.

3Bước 3: Tỉ lệ trên chưa phải số nguyên, nên ta chia cả ba cho số nhỏ nhất là 3,33:

\text{C}: \frac{3{,}33}{3{,}33}=1 \qquad \text{H}: \frac{6{,}65}{3{,}33}=2{,}00 \qquad \text{O}: \frac{3{,}33}{3{,}33}=1

Do đó công thức thực nghiệm (empirical formula) là CH₂O, tức tỉ lệ đơn giản nhất giữa các nguyên tử là 1 : 2 : 1.

4Bước 4: Công thức thực nghiệm chỉ cho tỉ lệ chứ không cho kích thước thật của phân tử, vì vậy phải dùng thêm khối lượng mol đã đo. Khối lượng của một đơn vị CH₂O là

12{,}01 + 2(1{,}008) + 16{,}00 = 30{,}03

g/mol, nên

\frac{180}{30{,}03} = 5{,}99 \approx 6

Hệ số nguyên này cho biết phân tử thật chứa sáu đơn vị CH₂O ghép lại, tức công thức phân tử là C₆H₁₂O₆.

Hợp chất có công thức thực nghiệm CH₂O và công thức phân tử C₆H₁₂O₆ — chính là glucose. Trường hợp này cho thấy vai trò cầu nối của mol rất rõ: dữ liệu cân đo được là khối lượng, nhưng thứ mà công thức hóa học diễn tả lại là tỉ lệ số nguyên tử, và chỉ có phép đổi qua số mol mới nối được hai thế giới đó.

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.