Đơn vị mol là gì ?

Phân tích định nghĩa đơn vị đo lượng vật chât mol trong chuẩn SI

Ký hiệu: mol (mole)

Thường gọi là: mol

Mã UN/CEFACT: C34

Độ lớn theo SI: 1 mol

Định nghĩa đơn vị mol

Ngày 16 tháng 11 năm 2018, Hội nghị toàn thể về Cân đo (CGPM) lần thứ 26 các thành viên đã biểu quyết với đa số thông qua cho việc định nghĩa lại các đơn vị đo lường cơ sở SI, mà Ủy ban Quốc tế về Cân đo (CIPM) đã đề xuất định nghĩa lại hồi đầu năm 2018. Định nghĩa mới có hiệu lực kể từ ngày 20 tháng 5 năm 2019. Theo dó, mol được định nghĩa như sau

Trước đó, định nghĩa cũ tại Hội nghị CGPM lần thứ 14 (năm 1971) Nghị quyết 3 định nghĩa "Mol là đơn vị để đo số lượng hạt. 1 mol bằng số nguyên tử trong 0,012 kilôgam cacbon-12 nguyên chất". Như vậy định nghĩa mới không cần đơn vị gam và vật chất các bon làm chuẩn nữa.

Con số 6.02214076×10²³ được gọi là hằng số Avogardo (ký hiệu là Nₐ).

Ý nghĩa đơn vị mol

Mol là đơn vị đo lường nhằm diễn tả lượng chất có chứa xấp xỉ 6.02214076×10²³ số hạt đơn vị nguyên tử hoặc phân tử chất đó. Mol là một trong các đơn vị cơ bản của hệ SI, kí hiệu là Mol.

Ví dụ : Một mol nguyên tử sắt là một lượng sắt có chứa 6.1023 nguyên tử Fe. Hay có thể nói: Một mol nguyên tử sắt là một lượng sắt có chứa N nguyên tử Fe.

Mol là đơn vị đo số lượng hạt rất lớn. Đễ dễ hình dung, trong tiếng việt cũng có những đơn vị của số lượng như một tá, một chục, một vạn, một tỷ... so với các đơn vị này, một mol là rất rất lớn. Một mol là cỡ 600 ngàn tỷ tỷ hạt.

Có một số khái niệm liên quan đến đơn vị mol dưới đây rất hay được dùng:

Thể tích mol

Người ta đã xác định được rằng:

• Ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C và 1 atm) thì thể tích 1 mol chất khí là 22,4 lít bất ỳ khí nào
• Ở điều kiện bình thường (20°C và 1 atm), 1 mol chất khí có thể tích là 24 lít.

Như vậy con số 22,4l/mol là thể tích mol ở điều kiện tiêu chuẩn. Đơn vị mol mang lại ý nghĩa đặc biệt này, nó không phụ thuộc vào khí gì, miễn là chất khí có số lượng 1 mol thì đều có thể tích giống nhau ở điều kiện giống nhau. Người phát hiện điều này là nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro (1776−1856). Năm 1811, ông lần đầu tiên cho rằng thể tích của chất khí (tại áp suất và nhiệt độ xác định) tỉ lệ thuận với số nguyên tử hoặc phân tử bất kể tính chất của chất khí đó.

Hằng số Avogadro có trong định nghĩa đơn vị mol được đặt tên theo tên nhà khoa học này.

Khối lượng mol (phân tử khối)

Khối lượng mol (kí hiệu là M) của một chất là khối lượng tính bằng gam của một mol nguyên tử hoặc phân tử chất đó. Ví dụ

• Khối lượng mol nguyên tử hiđro: Mᵸ = 1 g/mol
• Khối lượng mol nguyên tử oxi: Mₒ = 16 g/ mol

Nguồn gốc tên gọi mol

Tên gọi Mole (ký hiệu mol) được bắt nguồn từ tiếng Đức, được đặt theo từ “molekul” có nghĩa là phân tử do nhà khoa học Wihemlm Ostwald đặt vào năm 1894.

Phân biệt giữa mol nguyên tử và mol phân tử

Mol phân tử hay mol nguyên tử là hai khái niệm khác nhau trong hóa học và đề cập đến số lượng thực thể cụ thể trong một mẫu chất:

• Mol nguyên tử: Là đơn vị đo lường số lượng nguyên tử trong một mẫu chất. Một mol nguyên tử chứa 6.02214076×10²³ nguyên tử của một nguyên tố cụ thể. Ví dụ: một mol nguyên tử hidro(H).
• Mol phân tử: Đơn vị này đo lường số lượng phân tử trong một mẫu chất. Một mol phẩn tử chứa 6.02214076×10²³ phân tử của một hợp chất cụ thể. Ví dụ: một mol phân tử nước (H₂O).

Phạm vi sử dụng của đơn vị mol

Đơn vị mol được sử dụng rộng rãi trong hóa học là một cách thuận tiện để thể hiện lượng vật chất phản ứng và sản phẩm của các phản ứng. Mol được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

Sử dụng đơn vị mol trong giáo dục

Mol là một phần quan trọng của giáo dục hóa học, giúp học sinh và sinh viên hiểu về sự kết nối khối lượng, phản ứng hóa học. Mol cho phép tính toán khối lượng của một phân tử hóa học dựa trên nguyên tử khối của các nguyên tố trong đó.

Đơn vị mol trong sản xuất công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

Mol cho phép tính toán, rà soát quá trình sản xuất hóa chất và dự đoán hiệu suất sản xuất trong các quy trình công nghiệp. Bên cạnh đó mol còn đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu khoa học, nghiên cứu về sự phát triển của các vật liệu, phân tử, cụ thể là các lĩnh vực y học, vật liệu phân tử và năng lượng.

Đo lường vật chất theo đơn vị mol

Đo lường theo đơn vị mol có bản chất là đếm số lượng hạt phân tử, nguyên tử trong mẫu vật chất cần đo. Có nhiều phương pháp để thực hiện việc này tùy theo hoàn cảnh.

Phép đo lường đầu tiên

Để đếm ra số lượng ứng với một mol vật chất cần những phép đo thí nghiệm đầu tiên. Mặc dù ngày nay người ta có nhiều cách để đo mol nhưng việc gì cũng có người đầu tiên. Nhà khoa học Josef Loschmidt (1821−1895) tìm ra giá trị của số Avogadro một cách gián tiếp vào năm 1865 bằng cách xác định số hạt trong một lượng khí lý tưởng nhất định. 

Nhà vật lý Jean Baptiste Perrin (1870 - 1942) đặt ra thuật ngữ số Avogadro vào năm 1909. Ông định nghĩa nó là số phân tử trong đúng 32 gam oxy. Perrin cũng xác định số Avogadro qua các phương pháp thí nghiệm. Nhờ vào đóng góp này mà ông được trao Giải Nobel Vật lý năm 1926. Như vậy Jean Perrin là người đầu tiên đếm được số hạt trong một mol chất. 
Năm 1909, Perrin công bố nghiên cứu về chuyển động Brown (chuyển động ngẫu nhiên của các vi hạt trong chất lỏng hoặc khí), qua đó ước lượng được: số nguyên tử hydrogen chiếm khối lượng 1 gam.

Sử dụng cân phân tích

Cân phân tích là loại cân thiết kế để đo khối lượng nhỏ có phạm vi đo dưới miligam. Đĩa đo của cân được bảo vệ bên trong vỏ trong suốt và có cửa bụi không bám vào và bất kỳ luồng không khí nào trong phòng làm ảnh hưởng đến cân.

Cân phân tích được sử dụng để đo lường khối lượng chính xác của các chất trong một mẫu. Khi biết khối lượng của một chất và phân tử khối của nó ta có thể tính toán số mol. Ví dụ ta đo một lượng chất các bon 12 được 60 miligam, biết trước nguyên tử khối của các bon 12 là 12 gam mỗi mol thì số lượng hạt các bon của lượng chất này là  0.06/12 = 0.005 mol .

Công thức tính số mol là : n = m / M (mol)

ở đó, m là khối lượng chất đo theo gram, M là phân tử khối (đo theo gram/mol)

Phương pháp dùng cân phân tích chỉ chính xác khi chất cần cân là đơn chất tương đối tinh khiết và biết trước phân tử khối. Nếu là hỗn hợp chất mà không biết tỷ lệ trộn giữa các chất thành phần thì rất khó có thể đo được số lượng mol.

Ưu điểm của phương pháp cân phân tích là không phá hủy lượng chất cần cân.

Phân tích khối phổ bằng khối phổ kế

Phương pháp phân tích khối phổ (Mass spectromtry) là phương pháp phân tích hiện đại để biết xem trong một khối vật chất có các thành phần chất gì, tỷ lệ bao nhiêu. Công Cụ Tốt sẽ dành thời gian để các bạn có thể hiểu nguyên lý hoạt động của khối phổ kế. Mẫu chất sẽ được làm bay hơi, ion hóa và giá tốc bằng trường điện từ. Các ion sẽ bay qua một từ trường và bị lệch quỹ đạo. Độ lệch quỹ đạo sẽ phụ thuộc khối lượng ion và điện tích của nó. Dùng đầu dò ta biết được sẽ có những ion nào, khối lượng và điện tích bao nhiêu cũng như tỷ lệ trong mẫu. Khối phổ sẽ trông như dưới đây:

Nói chung, bằng phương pháp khối phổ, ta cũng tính được lượng mol các chất thành phần trong một chất. Nhược điểm lớn nhất là ta phải phá hủy một phần chất cần đo.

Ý nghĩa độ lớn theo đơn vị mol

Ta thường biểu đạt lượng chất tham gia các phương trình hóa học theo đơn vị hạt phân tử mỗi bên phản ứng. Tuy nhiện, số lượng hạt trong thực tiễn là cực kỳ lớn nên ta sử dụng đơn vị mol để thay thế.

Số mol là đơn vị đo lường hóa học cơ bản dùng để biểu thị số lượng hạt, phân tử, ion của một mẫu chất.

Độ lớn bé của lượng chất đo theo mol có ý nghĩa rất quan trọng trong cuộc sống và nghiên cứu khoa học nó giúp chúng ta hiểu được tính chất và hành vi của các chất khác nhau. Số mol giúp chúng ta có tính toán được của dung dịch, khối lượng , áp suất , nhiệt độ.

Số mol giúp chúng ta biết được lượng vật chất tham gia và sản phẩm của một phản ứng hóa học và kiểm tra được định luật bảo toàn khối lượng mà không quan tâm đến khối lượng thật đo theo các đơn vị khối lượng như gram, kilogam.

Ngoài khoa học ra, sử dụng số mol còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như sinh học, y học.

• Trong sinh học: Đơn vị mol để đo lường và xác định các hợp chất hóa học trong tế bào và mô, giúp nghiên cứu và hiểu sâu hơn về cấu trúc và chức năng của chúng.
• Trong y học: Độ lớn bé của đơn vị mol để định lượng các chất hoạt động trong các loại thuốc như vaccine và các sản phẩm y tế khác. Giúp đảm bảo liều lượng và hiệu suất của sản phẩm y tế đều đạt được một mức an toàn và hiệu quả.

Độ lớn bé của đơn vị mol rất quan trọng trong hóa học và các lĩnh vực khoa học liên quan, vì nó cung cấp một tiêu chuẩn để đo lường số lượng thực thể và tính toán các thông số hóa học và giúp đơn giản hóa và thống nhất quá trình nghiên cứu và sản suất. Ví dụ: Phương trình hóa học

2H₂ + O₂ → 2H₂O .

Ta có thể thấy phương trình gồm 2 mol Hydro( H2 ) và 1 mol Oxy ( O2 ). Từ đó ta tính toán được khối lượng ô xy và hydro trong một phản ứng cụ thể.

Bài thơ về đơn vị mol

Đơn vị mol khá quan trọng, đến AI cũng có thể làm một bài thơ về mol khá thú vị và sát nghĩa như sau:

Trong thế giới nhỏ bé của nguyên tử và phân tử
Đơn vị mol là trái tim của hóa học, ngày đêm luôn đong đầy
Kết nối mọi thứ từ kim loại, phi kim đến thực phẩm
Một cách thần kỳ như một bản nhạc điệu xanh.

Từ một gam này đến một mol khối lượng
Mol là ngôn ngữ, ngôn ngữ của sự kết nối
Làm bài toán, tính toán, điều chỉnh sản xuất
Vì vậy hãy tôn vinh đơn vị mol người bạn đồng hành.

Các bội và ước số của đơn vị mol

Mol đã là rất lớn, nhưng nó cũng có các đơn vị bội ước thường dùng như ký hiệu dưới đây

• nmol : nanomole, 10⁻⁹ mol , độ lớn bằng 1 phần tỷ của mol. Ứng với số lượng hạt là 6.02214076×10¹⁴ hạt.
• µmol : micromole, 10⁻⁶ mol, độ lơn bằng 1 phần triệu của mol.
• mmol: millimole, 10⁻³ mol, độ lắn bằng 1 phần ngàn của mol. Đơn vị này hay dùng khi cân phân tích theo mili gam.
• lbmol: pound mole, độ lớn bằng 453,5924 mol. Đơn vị này không phổ biến trong SI nhưng phổ biến khi đo lượng chất theo đơn vị pound. Ví dụ Hydro có phân tử khối là 2 thì 2 pound khí Hydrô sẽ có số lượng hạt là 1 lbmol. Nó cũng là cách tương tự khi ta đo khối lượng theo gam và đổi ra số lượng hạt phân tử theo mol vậy.
• kmol : kilomole, độ lớn 10³ mol . Nếu ta cân lượng chất theo đơn vị kilogam thì tính ra số mol cũng hay dùng đơn vị kmol. Ví dụ than Các bon có phân tử khối là 12 thì 12 kg các bon có số lượng hạt là 1 kmol.

Trên đây, công cụ tốt đã trình bày rất nhiều thông tin hữu ích cho các bạn theo đơn vị mol.