Mol Nasıl Hesaplanır? Kütle, Tanecik Sayısı ve Gaz Hacmiyle Mol Bulma

Mol kavramı ve tanecik türü

Mol, belirli sayıda tanecik içeren madde miktarı birimidir. Bir mol; atom, molekül veya iyon gibi taneciklerden oluşabilir. Örneğin 1 mol karbon atomu atomları, 1 mol su molekülü molekülleri, 1 mol sodyum iyonu ise iyonları ifade eder. Bu nedenle hesaplamaya başlamadan önce verilen sayının hangi tanecik türüne ait olduğu belirlenmelidir.

Bir maddenin kimliği yalnızca içerdiği elementlere değil, bu elementlerin tanecik başına kaç tane bulunduğuna da bağlıdır. H2O molekülünde iki hidrojen ve bir oksijen atomu bulunurken H2O2 molekülünde iki hidrojen ve iki oksijen atomu bulunur. Dolayısıyla tanecik türü ve kimyasal formül, mol hesabının yorumlanmasında doğrudan önem taşır. Bir mol farklı maddeler aynı sayıda tanecik içerir; ancak bu taneciklerin kütleleri farklı olduğundan bir molün gram cinsinden kütlesi her madde için aynı değildir.

Molar kütlenin hesaplanması

Molar kütle, bir maddenin 1 molünün gram cinsinden kütlesidir ve birimi g/mol olarak yazılır. Bir elementin molar kütlesi periyodik tablodaki ortalama atom kütlesinin sayısal değerine eşittir. Bir bileşiğin molar kütlesi ise formülde bulunan her elementin atom kütlesi ile o elementin atom sayısının çarpımları toplanarak bulunur.

Örneğin suyun formülü H2O’dur. Hidrojenin atom kütlesi yaklaşık 1,008 g/mol, oksijenin atom kütlesi yaklaşık 16,00 g/mol olduğundan suyun molar kütlesi şöyle hesaplanır: 2 × 1,008 + 1 × 16,00 = 18,016 g/mol. Yuvarlanmış değerle H2O’nun molar kütlesi yaklaşık 18,02 g/mol’dür. Buradaki 2 katsayısı, bir su molekülünde iki hidrojen atomu bulunduğunu gösterir.

Bir başka örnekte CO2 için bir karbon ve iki oksijen atomu dikkate alınır. Karbonun yaklaşık 12,01 g/mol, oksijenin yaklaşık 16,00 g/mol molar kütlesi kullanılır: M(CO2) = 12,01 + 2 × 16,00 = 44,01 g/mol. Formüldeki alt indisler hesaba katılmazsa bileşiğin molar kütlesi yanlış bulunur. Atom kütlesi ile molar kütlenin sayısal değerleri aynı görünebilir; fakat atom kütlesinin birimi atomik kütle birimi, molar kütlenin birimi ise g/mol’dür.

Kütleden mol hesaplama

Kütlesi verilen bir maddenin mol miktarını bulmak için kütle, o maddenin molar kütlesine bölünür. Önce kimyasal formülden molar kütle hesaplanır, ardından kütle ve molar kütle aynı kütle biriminde olacak şekilde işlem yapılır. Böylece gram cinsinden ölçülen makroskobik bir büyüklük, mol cinsinden madde miktarına dönüştürülür.

Kullanılan temel bağıntı şudur: n = m / M. Burada n mol miktarını, m verilen kütleyi, M ise molar kütleyi gösterir. Sonuç birimi moldür. Kütle molar kütleden küçükse sonuç genellikle 1 molden küçük, kütle molar kütleye eşitse sonuç 1 mol olur.

Örneğin 36,0 g suyun kaç mol olduğunu bulalım. H2O’nun molar kütlesi yaklaşık 18,02 g/mol’dür. Bu nedenle n = 36,0 g / 18,02 g/mol işlemi yapılır ve yaklaşık 2,00 mol su bulunur. Sonucun birimi, gram biriminin g/mol’e bölünmesiyle mol olur.

Benzer şekilde yaklaşık 22,0 g CO2 için M(CO2) = 44,01 g/mol alınır. n = 22,0 / 44,01 ≈ 0,500 mol sonucuna ulaşılır. Bu örneklerde işlem sırası önemlidir: doğrudan kütleyi bölmek yerine önce doğru formülün molar kütlesi bulunmalıdır. Tepkime katsayılarıyla yapılan stokiyometrik mol hesapları ise ayrı bir hesaplama konusudur.

Tanecik sayısından mol hesaplama

Atom, molekül veya iyon sayısı verildiğinde bu sayı Avogadro sayısına bölünerek mol miktarı bulunur. Çünkü 1 mol her tür tanecikten aynı sayıda içerir. Kullanılan bağıntı n = N / NA’dır; burada N tanecik sayısını, NA ise Avogadro sayısını gösterir.

Avogadro sayısının yaklaşık değeri 6,022 × 10^23 /mol’dür. Örneğin 3,011 × 10^23 su molekülü için n = (3,011 × 10^23) / (6,022 × 10^23/mol) işlemi yapılır ve 0,500 mol H2O bulunur. Sayının atom mu, molekül mü yoksa iyon mu olduğu sonucu değiştirmez; ancak sonuç mutlaka verilen tanecik türüyle birlikte yorumlanmalıdır. Avogadro sayısı hakkında daha ayrıntılı açıklama için Avogadro sayısı konusuna bakılabilir. Çözeltilerde molarite kullanılarak yapılan mol hesapları bu dönüşümden farklı bir konudur.

Gaz hacminden mol hesaplama

Bir gazın hacminden mol miktarını bulabilmek için hacmin yanı sıra basınç ve sıcaklık koşulları da bilinmelidir. Çünkü gazın hacmi, basınç ve sıcaklık sabit tutulduğunda mol miktarıyla doğru orantılıdır; koşullardan biri değişirse aynı hacim farklı miktarda gaz içerebilir. Koşullar verilmişse ideal gaz bağıntısı kullanılır: PV = nRT. Burada P basınç, V hacim, n mol miktarı, T Kelvin cinsinden sıcaklık, R ise gaz sabitidir.

Mol miktarını çekmek için bağıntı n = PV / RT biçiminde yazılır. Örneğin basıncı 1 atm, hacmi 24,6 L ve sıcaklığı 300 K olan ideal bir gaz için R = 0,08206 L atm mol−1 K−1 alınır. n = (1 atm × 24,6 L) / (0,08206 L atm mol−1 K−1 × 300 K) işlemi yaklaşık 1,00 mol sonucunu verir. Birimlerin birbirini götürmesi için basınç, hacim ve sıcaklık birimleri kullanılan R değeriyle uyumlu olmalıdır.

Gazların molar hacmi, belirli sıcaklık ve basınç koşullarında 1 mol gazın kapladığı hacimdir. Bu değer koşullara bağlıdır; tek bir hacim değeri bütün sıcaklık ve basınçlar için kullanılamaz. Aynı sıcaklık ve basınçta eşit hacimli gaz örnekleri eşit sayıda molekül ve dolayısıyla eşit miktarda mol içerir.