Mol je počet, ne hmotnost

Jeden mol je vždycky 6,022 · 10²³ částic, ať jde o atomy, molekuly nebo ionty. Mol molekul vodíku H₂ váží 2 g, mol atomů olova 207 g, a v obou je přesně stejně částic. Proto se vždycky musí říct, čeho je to mol.

Od roku 2019 je Avogadrova konstanta definovaná přesně, není měřená. Mol je dnes definovaný právě jako tenhle počet částic, takže se hodnota už nikdy nezmění.

Tři veličiny, jedna rovnice

Skoro celá první polovina této stránky stojí na jediném vztahu n = m / M. Podle toho, co znáte, se z něj vyjádří kterákoli ze tří veličin. 

n = m / M     látkové množství z hmotnosti
m = n · M     hmotnost z látkového množství
M = m / n     molární hmotnost z navážky

M je molární hmotnost v g/mol a spočítá se ze vzorce jako součet relativních atomových hmotností všech atomů. Číselně je stejná jako relativní molekulová hmotnost Mr, jen Mr nemá jednotku.

Roztok není rozpouštědlo

Nejčastější chyba v celé kapitole o roztocích. Hmotnostní zlomek se počítá z hmotnosti roztoku, tedy rozpuštěné látky i rozpouštědla dohromady, ne z hmotnosti samotného rozpouštědla.

Když se 25 g soli rozpustí v 375 g vody, roztok váží 400 g a zlomek je 25 / 400 = 6,25 %, ne 25 / 375. U molární koncentrace je to stejné: objem je objem hotového roztoku, proto se odměrná baňka doplňuje po rysku až po rozpuštění.

Ředění nic nepřidává, jen rozřeďuje

Při ředění se mění objem, ale množství rozpuštěné látky zůstává stejné. Z toho plyne celý vzorec: 

c₁ · V₁ = c₂ · V₂

Jednotky si můžete zvolit, jen musí být na obou stranách stejné. Procenta i mol/l fungují úplně stejně. Objemy roztoků se přitom přesně nesčítají, takže se v laboratoři nedolévá odměřené množství vody, ale doplňuje se po rysku.

Křížové pravidlo

Když se míchají dva roztoky, poměr se najde odečítáním křížem: pro první roztok se od cílové koncentrace odečte ta druhá, pro druhý roztok naopak. Vyjde poměr dílů, hmotnostní, ne objemový. U roztoků o různé hustotě to není totéž.

Cílová koncentrace musí ležet mezi oběma zadanými. Smícháním nelze dostat roztok slabší ani silnější, než jsou oba výchozí, a to je také nejrychlejší kontrola zadání.

pH je logaritmus, takže krok je desetinásobek

pH je záporný dekadický logaritmus koncentrace oxoniových iontů. Protože je stupnice logaritmická, pH 3 je desetkrát kyselejší než pH 4 a stokrát kyselejší než pH 5. Právě tohle se na ní plete nejčastěji.

Součin koncentrací H₃O⁺ a OH⁻ je ve vodě vždy 10⁻¹⁴, takže pH a pOH dají dohromady vždy 14.

Vyčíslování: mění se čísla před vzorci, ne vzorce

Vyčíslit rovnici znamená doplnit stechiometrické koeficienty tak, aby každého prvku bylo na obou stranách stejně. Důvodem je zákon zachování hmotnosti: atomy při reakci nevznikají ani nemizí, jen se přeskupují.

Indexy ve vzorci se přitom měnit nesmí. Udělat z H₂O vodu H₂O₂, aby to vyšlo, znamená napsat jinou látku. Měnit se smí jen číslo před vzorcem.

Kalkulačka výše řeší rovnici přesně, ne zkoušením, takže si poradí i s redoxními rovnicemi, kde koeficienty vyjdou velké. Ke každému výsledku vypíše tabulku počtu atomů vlevo a vpravo, aby šlo zkontrolovat, že rovnice opravdu sedí.

Z rovnice se počítá přes mol, ne přes gramy

Koeficienty ve vyčíslené rovnici říkají, kolik molekul spolu reaguje, ne kolik gramů. Proto každý výpočet z rovnice vede přes látkové množství, i když zadání i odpověď jsou v gramech: 

m(zadané)  →  n = m / M  →  poměr z rovnice  →  n(hledané)  →  m = n · M

Počítat rovnou z hmotností, tedy třeba vydělit gramy poměrem koeficientů, je nejčastější chyba v celé kapitole. Vyjde to jen náhodou, když mají obě látky stejnou molární hmotnost.

Limitující látka není ta, které je míň gramů

Když jsou zadané obě výchozí látky, jedna se spotřebuje dřív a určí, kolik produktu vznikne. Nepozná se podle hmotnosti ani podle látkového množství samotného: každé látkové množství se musí vydělit jejím koeficientem a teprve ta čísla se porovnávají.

Ve školních zadáních bývá nadbytečná látka schválně ta, které je v gramech výrazně víc. Zbytek druhé látky se pak dopočítá jako rozdíl toho, co bylo, a toho, co se opravdu spotřebovalo.

Jeden mol plynu je 22,4 litru, ať je to jakýkoli plyn

Molární objem nezávisí na tom, o jaký plyn jde. Mol vodíku i mol oxidu uhličitého zaberou za normálních podmínek stejných 22,4 litru, protože objem plynu určuje počet částic, ne jejich velikost.

Normální podmínky jsou 0 °C a 101,325 kPa. Za jiné teploty nebo tlaku se 22,4 l/mol použít nedá a počítá se ze stavové rovnice: 

p · V = n · R · T

Teplota v ní musí být v kelvinech, tedy ve stupních Celsia plus 273,15. Dosadit Celsia je druhá klasická chyba, a na rozdíl od té první není na výsledku vidět, protože číslo vyjde normálně, jen špatně.

pH silné kyseliny: pozor na sytnost

Silné kyseliny a zásady se ve vodě rozkládají úplně, takže se pH počítá rovnou ze zadané koncentrace. Jedna molekula H₂SO₄ ale uvolní dva oxoniové ionty, takže 0,01M H₂SO₄ má jiné pH než 0,01M HCl. Právě na tom se v testech staví.

U slabých kyselin, třeba octové, to takhle nefunguje. Ty se rozkládají jen zčásti a jejich pH vychází mnohem vyšší, než by ze zadané koncentrace plynulo. K výpočtu je potřeba disociační konstanta.

Empirický vzorec říká poměr, ne molekulu

Z procentového složení se dá spočítat jen poměr atomů. CH₂O a C₆H₁₂O₆ mají naprosto stejné procentové složení, a přesto je první formaldehyd a druhá glukóza. Rozliší je až relativní molekulová hmotnost, která ten poměr zvětší na skutečnou molekulu.

Postup je pokaždé stejný: procenta vydělit relativními atomovými hmotnostmi, vyjde poměr látkových množství, ten vydělit tím nejmenším z čísel a nakonec vynásobit tak, aby vyšla celá čísla.

Protony určuje prvek, neutrony izotop

Počet protonů je protonové číslo a je na zadání nezávislý: kdyby měl atom jiný počet protonů, byl by to jiný prvek. Neutrony se dopočítají jako A - Z a právě ony odlišují izotopy téhož prvku.

Relativní atomová hmotnost z tabulek není nukleonové číslo. Je to vážený průměr přes všechny izotopy, jak se v přírodě vyskytují, a proto skoro nikdy nevyjde celé číslo: chlor má 35,45, ačkoli žádný jeho atom tolik nukleonů nemá.

Souvisí s názvoslovím

Vzorec, který sem zadáváte, se dá získat z názvu sloučeniny v sekci chemické názvosloví, kde se převádí název na vzorec i obráceně a vypisují se oxidační čísla. Na procenta a poměry, které se v úlohách o roztocích počítají pořád, je výpočet procent, a na gramy, litry a kubíky převody jednotek.