De Beruchte Mol

Als een bierliefhebber boodschappen gaat doen, zal hij (of zij?) niet zeggen: "Ik ga vierentwintig flesjes bier kopen". Eigenlijk een slecht gekozen voorbeeld als je nog geen zestien bent, maar je weet vast dat hij zal zeggen: "Ik ga een kratje bier kopen".
Zijn vrouw zal niet zeggen dat ze tien schoenen heeft, maar dat ze vijf paar schoenen bezit.
Met een "kratje" bedoelt men dan 24 en met een "paar" 2.
Een ouderwetser voorbeeld is het woord "dozijn" dat altijd een aantal gelijk aan twaalf is.

De scheikundige mol is een handige maat voor de hoeveelheid van een stof.
Scheikundigen werken namelijk met reacties en reactievergelijkingen. In die reactievergelijkingen staat in welke aantal-verhoudingen deeltjes met elkaar reageren. Daarom is het handig om het aantal deeltjes wat je hebt te kunnen 'tellen'.

Voorbeeld: De reactievergelijking voor de volledige verbranding van methaan (aardgas) is als volgt:

CH₄ + 2 O₂ --> CO₂ + 2 H₂O

De reactievergelijking zegt WEL: 1 deeltje (molecuul) CH₄ reageert met 2 deeltjes (moleculen) O₂ en dan ontstaat er 1 deeltje (molecuul) CO₂ en 2 deeltjes (moleculen) H₂O.
De reactievergelijking zegt NIET: 1 gram CH₄ reageert met 2 gram O₂ ... enzovoorts.
De reactievergelijking geeft aantallen-verhoudingen, niet massa-verhoudingen! Daarom willen scheikundigen graag het aantal deeltjes kunnen tellen.

De scheikundige mol is een begrip dat een zeker aantal deeltjes aangeeft. Net als een "dozijn" (12 stuks) of een kratje bier (24 flesjes).
Je kunt dus van alles 1 mol hebben, maar het is wel een beetje veel: het aantal is ongeveer een 6 met 23 nullen er achter. Dit komt omdat scheikundige deeltjes heel erg klein en licht zijn: als je een beetje stof hebt, bijvoorbeeld één druppeltje water, dan heb je toch al een aantal deeltjes met 21 cijfers vóór de komma.

Hieronder wordt de mol uitgelegd aan de hand van enkele eenvoudige voorbeelden.
Lees deze aandachtig door en probeer ze echt te begrijpen. Dat zal je helpen om je eventuele problemen met de mol voor eens en altijd de wereld uit te helpen. Want problemen met de mol zijn echt niet nodig.

Onthoud vooral één ding: als je het in de scheikunde over de mol hebt, dan bedoel je altijd een AANTAL dat je zou kunnen tellen, dus niet een massa (bv gram), inhoud (bv liter) of iets anders.

VOORBEELD 1

Stel: 1 knikker weegt 6,84 gram
Stel: 1 koffieboontje weegt 0,953 gram

• Als we 1000 knikkers nemen, wegen deze samen: 1000 * 6,84 gram = 6840 gram, oftewel 6,84 kilo.
• Als we 1000 koffieboontjes nemen, wegen deze samen: 1000 * 0,953 gram = 953 gram, oftewel 0,953 kilo.

Dus als we 1000 voorwerpen nemen, dan is het getal van de totale massa van die voorwerpen in kilo’s gelijk aan de massa van één voorwerp in grammen.
Waarschijnlijk vind je dit logisch, want 1000 keer één gram wordt tenslotte precies één kilo. Het aantal 1000 is dus niet toevallig, want in één kilo passen precies 1000 grammen. Met 999 of 1001 stuks klopt het al niet meer!

Het aantal 1000 noemen we hier voor het gemak “een duiz”.
Als één knikker 6,86 gram weegt, dan weegt één "duiz" knikkers 6,86 kilo.
Of omgekeerd: als één knikker 6,86 gram weegt, dan zit er in 6,86 kilo van deze knikkers één "duiz" (oftewel 1000) knikkers.

Conclusie
Als we één "duiz" (dus 1000) voorwerpen nemen, dan is de totale massa van die voorwerpen in kilo’s getalsmatig gelijk aan de massa van één voorwerp in grammen.
Het maakt niet uit wat het voorwerp is. Als één auto 1,1 miljoen gram (1100 kg) weegt, dan weegt 1 "duiz" van diezelfde auto 1,1 miljoen kilo. Oftewel hetzelfde getal (1,1 miljoen) maar grammen worden kilo's.

(Het ECHTE werk !)

Opmerking vooraf: waar het bij dit voorbeeld vooral om gaat, is dat je inziet dat het eigenlijk niet anders is dan het eerste voorbeeld; alleen nu met andere eenheden en andere getallen.

Eén waterstofatoom weegt 1,0 u en één zuurstofatoom weegt 16,0 u (Binas tabel 99).
Eén watermolecuul (H₂O) weegt dan: 2 * 1,0 u + 1 * 16,0 u = 18,0 u (18,0 “uutjes”)

• Als we 6,0221 * 10 ²³ watermoleculen nemen, wegen deze samen 6,0221 * 10 ²³ * 18,0 u = 1,0840 * 10 ²⁵ u
Oftewel in grammen uitgedrukt: 1,0840 * 10 ²⁵ u * 1,66054 * 10 ^-24 gram per u = 18,0 gram.
(De massa van 1 u in kilo staat in Binas tabel 7 en is gelijk aan 1,66054 * 10 ^-24 gram)

Dus als we 6,0221 * 10 ²³ watermoleculen nemen, dan is het getal van de totale massa van die watermoleculen in grammen gelijk aan de massa van één molecuul in u.

Waarschijnlijk vind je dit niet meteen logisch, omdat het zulke rare getallen zijn, maar toch is het aantal 6,0221 * 10 ²³ niet toevallig, want in één gram passen precies 6,0221 * 10 ²³ "uutjes", probeer dit maar eens na te gaan.

Het aantal 6,0221 * 10 ²³ noemen scheikundigen “een mol”.
Als één molecuul 18,0 u weegt, dan weegt één "mol" moleculen 18,0 gram.
Of omgekeerd: als één molecuul 18,0 u weegt, dan zit er in 18,0 gram van deze moleculen één "mol" (oftewel 6,0221 * 10 ²³) moleculen. Zo kunnen scheikundigen het aantal moleculen in een hoeveelheid stof 'tellen'.

Conclusie
Als we een aantal moleculen nemen gelijk aan “een mol”, dan is de totale massa van die moleculen in grammen getalsmatig gelijk aan de massa van één molecuul in u.

Dit voorbeeld is niet anders dan voorbeeld 1. Leg de twee voorbeelden maar eens naast elkaar.
De “voorwerpen” uit voorbeeld 2 zijn ook voorwerpen, alleen noemen we ze hier moleculen.

DEFINITIE en TIPS

• Een aantal voorwerpen dat gelijk is aan de "constante van Avogadro" (6,0221 * 10 ²³) noemen we één mol.
  Het is eenzelfde soort woord als een DOZIJN. Hiermee wordt namelijk ook een aantal voorwerpen bedoeld (12 stuks), alleen veel minder dan één mol.
• Als we een aantal moleculen nemen gelijk aan de “Constante van Avogadro”, één mol dus, dan is de totale massa van die moleculen in grammen getalsmatig gelijk aan de massa van één molecuul in u.
  Dit geldt voor elk molecuul, niet alleen voor het watermolecuul !
  Zo is de massa van één molecuul koolstofdioxide (CO₂): 1 * 12,0 + 2 * 16,0 = 44,0 u, dus één mol koolstofdioxide heeft een massa van 44,0 gram en in die hoeveelheid zitten dan 6,0221 * 10 ²³ koolstofdioxidemoleculen.
• Je kunt met de mol ook het aantal deeltjes (moleculen) uitrekenen, dat in een bepaalde hoeveelheid stof zit. Je moet dan wel de massa van één deeltje (molecuul) weten. Die bereken je aan de hand van de molecuulformule en de atoommassa's uit Binas (bv tabel 99).
  Voorbeeld: 100 gram koolstofdioxide (CO₂).
  Eén mol koolstofdioxide heeft een massa van 44,0 gram (zie vorige berekening).
  100 gram koolstofdioxide is dus 100 / 44,0 = 2,27 mol. Daarin zitten dan 2,27 * 6,0221 * 10 ²³ = 1,37 * 10 ²⁴ koolstofdioxide-moleculen.
• Je mag in een opgave het woord “mol” altijd door “dozijn” vervangen. De zin moet dan taalkundig nog steeds kloppen.
  Alleen moet je wel onthouden, dat de uitkomst van de som dan niet meer klopt, omdat een dozijn natuurlijk een ander aantal is dan een mol.
• Kun je ook 1 mol knikkers hebben? Ja dat kan!
  Dat zijn er wel erg veel, namelijk 6,0221 * 10 ²³, dus 602 210 000 000 000 000 000 000. Er zijn niet zoveel knikkers op de hele wereld, maar anders zou het echt kunnen !
• Vermeld in de tussenstappen van je berekeningen de eenheden waarin je op dat moment aan het rekenen bent.
  Dan zie je namelijk waarmee je bezig bent, plus je hebt een extra mogelijkheid om je uitkomst te controleren.
  Zo moet bijvoorbeeld een berekening "u" x "gram / u" (zie boven) een uitkomst in "gram" opleveren, want de "u"-s in teller en noemer vallen tegen elkaar weg.

VRAGEN

WEETJES

• De naam Constante van Avogadro (vroeger meestal het getal van Avogadro genoemd) komt natuurlijk niet zomaar uit de lucht vallen. Hij is genoemd naar de Italiaanse wetenschapper Amedeo Avogadro die de mol als het ware ontdekt heeft.
• Het Engelse woord voor "mol" is "mole". In het Duits "das Mol" en in het Frans "la mole".
• De constante van Avogadro 6,0221 * 10²³ is zo groot, dat je je daarvan geen voorstelling kunt vormen. Het is zo snel opgeschreven, maar hoe groot is dit getal eigenlijk?
  Stel je hebt 1 mol dobbelstenen en elke dobbelsteen heeft een volume van 1 cm³ (oftewel één duizendste liter, 1 mL).
  Als je deze hoeveelheid dobbelstenen gelijkmatig zou verdelen over de hele wereld, dus ook over de zeeën, hoe dik zou dan deze laag dobbelstenen worden?
  Met het gegeven dat één dobbelsteen een volume heeft van 1 cm³, weten we het totale volume van 1 mol dobbelstenen, dat is namelijk 6,0221 * 10²³ keer 1 cm³. Als we de aarde als een ideale bol beschouwen, met een omtrek bij de evenaar van 40 000 km, dan kunnen we de dikte van de laag dobbelstenen berekenen.
  De laag zal ongeveer 1,2 kilometer dik zijn, dat is bijna tot aan de wolken !
  Realiseer je dat het aantal dobbelstenen in deze dikke laag over de hele wereld net zo groot is als het aantal watermoleculen in slechts 18 mL water (ongeveer een eierdopje vol). Indrukwekkend toch ?

Heb je een opmerking over dit artikel, of wil je reageren, ga dan naar het forum.