Mooli

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Mooli (yksikön tunnus mol [1]) on SI-järjestelmän mukainen mittayksikkö perussuureelle ainemäärä (tunnus n). Yksi mooli ainetta sisältää aineen perushiukkasia yhtä monta kuin massaltaan tasan 12 gramman näytteessä hiili-12-isotoopissa (12C) on atomeita. Aineen hiukkasilla tarkoitetaan atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja tai muuta kulloinkin tarkasteltavaa aineen perusosasta tai hiukkasryhmää.[2] Esimerkiksi 1 mol hiilijauhetta painaa 12 g ja 1 mol rautaa painaa noin 56 g.[1][3]

Mooli määriteltiin vuonna 1967 epäsuoralla tavalla, koska silloisilla menetelmillä ei pystytty laskemaan moolissa olevien hiukkasten lukumäärää. Moolissa olevien 12C-atomien lukumäärä NA voidaan kuitenkin arvioida, jos tunnetaan yhden 12C-atomin massa m1

jolloin moolissa olevien hiukkasten lukumäärälle saadaan likiarvo NA = (6,02214129 ± 0,00000027)×1023 kappaletta[4]. Tätä lukumäärää kutsutaan Avogadron vakioksi.[5][6][7][3]

Mooli, moolimassa ja atomimassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Edes laboratorioissa ei mooleja mitata laskemalla aineen hiukkasten lukumääriä, vaan ainemäärää mitataan yksinkertaisesti punnitsemalla aineet vaa'alla. Käytännössä näytteen sisältämä ainemäärä voidaan määrittää punnitsemalla ja vertaamalla näytteen massaa m aineen omaan moolimassaan M

Tutkittavien aineiden moolimassat täytyy siis tietää, jotta punnituista massoista voidaan määrittää ainemäärät.

Aineen yhden hiukkasen (molekyyli, atomi, ioni, jne.) massa ilmoitetaan atomimassayksikköinä (yksikön tunnus u), joka on saatu jakamalla 12C-atomin massa luvulla 12 ja Avogadron vakiolla. Yksi 12C-atomi painaa siten 12 u eli sen atomimassa on 12 u. Raudan (tunnus Fe) atomimassa on 55,845 u, joten mooli rautaa painaa

[8]

Atomimassan ja moolimassan skalaarit vastaavat siten toisiaan[9]

Käyttämällä alkuaineiden atomimassataulukoita voidaan laskea yhdisteiden molekyylimassojen likiarvoja. Niiden sekä punnittujen massojen avulla voidaan määrittää yhdistenäytteiden ainemääriä.

Yksikön määritelmä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yksikön historiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ainemääriä määriteltiin ennen moolin käyttöönottoa vaihtelevilla tavoilla. Idea käyttää vertailunäytettä antoi sysäyksen tarkempaan ja yleisesti hyväksyttyyn määritelmään. Sekä fyysikot että kemistit valitsivat vertailunäytteeksi hapen, mutta tekivät sen eri tavoin. Kemistit käyttivät vertailunäytteessään 16 g luonnonhappea, joka on seos kolmesta erimassaisesta isotoopista: 16O, 17O ja 18O. Fyysikot kykenivät erottelemaan isotoopit toisistaan massaspektrometrillään, ja ottivat vertailunäytteeksi 16 g isotooppia 16O. Näistä syntyi kaksi atomimassataulukkoa, joiden arvot erosivat hieman toisistaan. Vasta vuoden 1959 lopulla International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) ja International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) pääsivät yhteisymmärrykseen yhteisen määritelmän käyttöönotosta. Siinä päädyttiin käyttämään hiilen isotooppia 12C.[10]

Moolin määritteli edellä kuvatun sopimuksen mukaisesti Comité International des Poids et Mesures (CIPM) vuonna 1967 ja se hyväksyttiin kansainvälisesti perussuureen yksiköksi 14:nnessä Yleisessä paino- ja mittakonferenssissa (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) vuonna 1971. Määritelmä sisälsi tuolloin lauseen "moolissa ainetta on yhtä monta yksikköä kuin 12 grammassa hiili-isotooppi-12:ssa on atomeja". Pian kuitenkin huomattiin, että hiilen olomuodolla ja kidemuodolla oli mitattava vaikutus atomien lukumäärään, sillä samanmassaisessa timantissa ja grafiitissa oli enemmän atomeja kuin vastaavassa kaasumaisessa hiilessä. Vuonna 1980 määritelmään tehtiin lisäys, että "atomit ovat sidoksettomia ja energeettisesti perustilassaan".[11][12][13]

Vuonna 2005 CIPM esitti uudeksi lähestymistavaksi sopia Avogadron vakio tarkaksi luvuksi, jonka avulla moolimassat määriteltäisiin. Näin poistettaisiin kaikki viittaukset hiiliatomeihin ja päästäisiin eroon siitä työstä, jossa Avogadron vakio määriteltäisiin aina vain tarkemmaksi mittaustarkkuuden kasvaessa. Vuonna 2011 kokoontunut 24. CGPM ilmoitti ottavansa tämän tulevan ehdotuksensa pohjaksi. Määritelmät eivät edenneet 25. CGPM:ssä vuonna 2014, mutta selvitystyötä päätettiin jatkaa. Avogadron vakioksi tultaneen esittämään 6,02214X×1023, jossa ”X” tarkoittaa yhtä tai useampaa lisädesimaalia.[11][12][13][14][15]

Korvatut yksiköt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aikaisemmin moolista on käytetty myös nimitystä grammamolekyyli.[12]

Johdannaisyksiköitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eteenkin kemian sovelluksia varten on otettu käyttöön erilaisia moolista johdettuja johdannaisyksiköitä. Niiden tarkoituksena on helpottaa työskentelyä teknisen kemian tehtävissä.[1]

Liuokset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Konsentraatio (tunnus c) on liuenneen aineen osuus liuoksen tilavuuteen. Yksikkönä on 1 mol/L = 1 mol/dm3 = 1 M.[16] Ominaisuutta kutsutaan liuoksen molaarisuudeksi. SI-yksikkönä pitäisi käyttää 1 mol/m3.[17]

Molaalisuus (tunnus m) on liuenneen aineen osuus liuottimen massaan. Yksikkönä on 1 mol/kg.

Mooliosuus (tunnus xi, kaasuilla yi) on seoksessa olevan komponentin i ainemäärän suhde koko seoksen ainemäärään. Yksikkönä on 1 mol/mol eli mooliosuus on paljas suhdeluku.[18]

Muut[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Moolimassa (tunnus M) on 1 moolin ainemäärän massa grammoina. Yksikkönä käytetään 1 g/mol.

Moolitilavuus (tunnus Vm) on 1 mol ainemäärän viemä tilavuus. Yksikkönä käytetään 1 m3/mol.

Katalyyttinen aktiivisuus on katalyyttimäärä, joka riittää katalysoimaan reaktiota moolin verran sekunnissa optimaalisissa reaktio-olosuhteissa. Tässä käytetään yksikköä katal (kat): 1 kat = 1 mol/s , jota suositellaan käytettäväksi entsyymien ja kliinisen kemian sovelluksissa.[19]

Energiasisällön yksikkönä käytetään 1 J/mol (joulea moolissa).[20]

Valokemiassa, esimerkiksi fotosynteesitutkimuksessa on ollut käytössä yksikkö 1 einstein = 1 mooli fotoneita (6.022×1023 kpl).[19]

Laskuesimerkki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kemiallisen reaktion laskuesimerkki[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ainemääriä käytetään, kun lasketaan kemiallisissa prosesseissa reagoivien aineiden määriä. Esimerkiksi vety palaa seuraavasti:

Kun 4 grammaa vetyä ja 32 grammaa happea reagoivat, syntyy 36 grammaa vettä. Määrät vastaavat kahta moolia vetyä, yhtä moolia happea ja kahta moolia vettä.

Ainemäärän voi laskea, kun tiedetään aineen massa ja sen perusosasten massa eli moolimassa. Alkuaineiden moolimassat saadaan suoraan atomimassataulukosta.

Vetyatomin moolimassa on noin 1 g/mol (u), joten yksi mooli vetykaasua (H2) painaa noin 2 grammaa. Hapen atomimassa on noin 16 g/mol, joten yhden happikaasumoolin (O2) massa on 32 grammaa. Veden (H2O) moolimassa on noin 18 g/mol (tarkemmin 18,015268 g/mol).

Kaasujen tapauksessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yksi mooli inaktiivista kaasua, jonka lämpötila on 273,16 K (0,01 °C) ja paine on 101 325 pascalia (normaali ilmanpaine), vie 22,414 dm3 tilaa.[12] Fysiikan kaasulaskuissa voidaan ainemääriä käsitellä mittaamalla pelkästään kaasujen tilavuuksia.

SI-kertoimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Paljon käytetty moolin kerrannainen on tuhannesosa, joka kirjoitetaan 1 millimooli = 1 mmol.[21] Muut SI-kerrannaiset ovat

Kerroin Nimi Tunnus Kerroin Nimi Tunnus
100 mooli mol      
101 dekamooli damol 10−1 desimooli dmol
102 hehtomooli hmol 10−2 senttimooli cmol
103 kilomooli kmol 10−3 millimooli mmol
106 megamooli Mmol 10−6 mikromooli µmol
109 gigamooli Gmol 10−9 nanomooli nmol
1012 teramooli Tmol 10−12 pikomooli pmol
1015 petamooli Pmol 10−15 femtomooli fmol
1018 eksamooli Emol 10−18 attomooli amol
1021 tsettamooli Zmol 10−21 tseptomooli zmol
1024 jottamooli Ymol 10−24 joktomooli ymol


Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Lehtiniemi, Kalle & Turpeenoja, Tuija: Mooli - Ihmisen ja elinympäristön kemia. Lukion kemian oppikirja. Helsinki: Otava, 2012. ISBN 978-951-1-23705-1.
  • Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI) (pdf) (nro 330) NIST Special Publication. 2008. Washington D.C.: National Institue Of Standards And Technology. Viitattu 15.2.2013. (englanniksi)

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Suomen Standardoimisliitto: SI-opas (myös painettuna, ISBN 952-5420-93-0) (PDF) (Sivu 3.) SFS-oppaat. 04.11.2002. Suomen Standardoimisliitto. Viitattu 18.2.2013.
  2. Unit of amount of substance (mole) Kansainvälinen mittojen ja painojen toimisto BIPM. Viitattu 22.2.2013. en
  3. a b Lehtiniemi & Turpeenoja: Mooli - Ihmisen ja elinympäristön kemia, s.60
  4. NIST: Avogadron vakio, viitattu 22.2.2013
  5. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006 2006. National Institute of Standards and Technology. Viitattu 19.10.2010. (englanniksi)
  6. SI-opas suomeksi
  7. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.21
  8. NIST: atomimassayksikkö, viitattu 22.2.2013
  9. Lehtiniemi & Turpeenoja: Mooli - Ihmisen ja elinympäristön kemia, s.61-64
  10. NIST: Moolin historiaa, viitattu 22.2.2013
  11. a b Sizes: CGPM
  12. a b c d Sizes: Mooli
  13. a b International Bureau of Weights and Measures: SI-mooli
  14. Resolutions of the CGPM: 24th meeting (17-21 October 2011) CGPM. Viitattu 18.7.2016.
  15. Resolutions of the CGPM: 25th meeting (18-20 November 2014) CGPM. Viitattu 18.7.2016.
  16. Lehtiniemi & Turpeenoja: Mooli - Ihmisen ja elinympäristön kemia, s.65
  17. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.24
  18. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.44
  19. a b IUPAC: Gold Book - Mooliin liittyviä yksiköitä
  20. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.26
  21. Taylor, Barry N. & Thompson, Ambler (toim.): The International System of Units (SI), 2008, s.29