今回は、化学のとっかかりでつまづきやすいところ

「物質量」とか「モル」「mol」について、勉強しましょう！



塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を中和させる反応は、小学校か中学校でやったと思います。二つ混ぜるだけです。


ね。「塩」ができる、って奴です。

「しお」じゃないですよ、「えん」です。


いや、まあ確かに、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和反応では、「塩（しお）」ができるんですけど

これが勘違いのもとでして


酸と塩基が中和してできるものは、「塩（しお）」とは限りません。


酢酸ナトリウムだったり、塩化マグネシウムだったり、青酸カリだったりします。


で、こういう「酸と塩基が中和してできるやつ」をまとめて「塩（えん）」って呼ぶんですよ。


酸と塩基が中和すると「塩（えん）」ができる。


だから、塩酸と水酸化ナトリウムの反応では


酸と塩基が中和してできる「塩（えん）」として、たまたま「塩（しお）」ができる、っちゅーことです。


…話が横道にそれましたがー


今回はモルの勉強ですね。


ここで断っておきますと、以下、この記事の中では

「塩」と書いたら「塩（えん）」を指すことにします。

で、「塩（しお）」は、「塩化ナトリウム」って書くことにします。ね。化学っぽくなったね。


さて。さて。


塩酸や水酸化ナトリウム水溶液の「濃さ」って、どうやって表すか知ってます？


小学校や中学校で習う「濃さ」つまり「濃度」としては

「１グラムの食塩水のうち何グラムが塩化ナトリウムか？」っていう値を使ってたと思います。



「（溶けてるもの（塩化ナトリウム等）質量）÷（溶液全体の質量）」を計算して、それを100倍して「％」をつけた

「質量パーセント濃度」のことです。


さて。ではここで、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を丁度中和させることを考えてみます。

今ここに、質量パーセント濃度１％の塩酸１００mlと

同じく質量パーセント濃度１％の水酸化ナトリウム水溶液１００mlがあるとします。


同じ濃度で、同じ量。この二つを、混ぜ合わせます。


さて、丁度中和するか、いなか！！


…実は、ちゃんと中和してはくれないんです。


それは、何故か。


この反応を化学反応式で書くと、どうなるか。


塩酸は、塩化水素ＨＣｌの水溶液です。水酸化ナトリウム水溶液はそのまま水酸化ナトリウムＮａＯＨの水溶液。


なので、中和反応は


HCl＋NaOH → NaCl＋H₂O

です。塩酸に溶けてるHClと、水酸化ナトリウム水溶液に溶けてるNaOHは、同じ数ずつ反応します。

ここで大事なのは、「数」が同じってことです。


さっきの例では、質量パーセント濃度が同じ二つの溶液を、同じ量ずつ混ぜました。

この時、何が同じだったかというと

塩酸に溶けてるHClと、水酸化ナトリウム水溶液に溶けてるNaOHの、「質量」が同じだったんです。つまり、「重さ」が同じだった、っていうこと。


「質量」「重さ」が同じだと、「数」が同じなのか。


実は、１個のHClより１個のNaOHのほうが質量が大きい、つまり重いんですよ。

ちなみにその比率は HCl:NaOH=36.5:40 です。

ということは、同じ「質量」「重さ」のHClとNaOHを混ぜた場合


「数」を比べると、ＨＣｌのほうが多いんですよ！



ということはですよ。



「質量パーセント濃度」では、中和反応とかしたいときに、全然参考にならんのですよ！



「1リットルの水に、いくつの粒が溶けてるのか」という

「数」に注目した濃度で考えれば


同じ濃度の水溶液を同じ量混ぜれば中和する、とか、考えることができる。



ということで。



数に注目した濃度を作ってみましょう！



58.5グラムの塩化ナトリウムに、ジャーッと水いれて、1リットルにします。家庭でもできそうですね。




このとき、質量パーセント濃度は、5.85パーセント前後になります。


「前後」っていうのは、ここでは温度を指定してないので、1リットルの水の質量が温度によって変わったり、水が食塩水になったことで密度が変わったりといった影響を考慮してってことですがまあここではどうでもいいです。とりあえずね。


では、これを、「数」に注目した濃度で表してみましょう！


塩化ナトリウム58.5グラムには、
大体600000000000000000000000個ずつ、NaとClが含まれてます。

なので、これを1リットルの水に溶かしたとき、その濃度は


約600000000000000000000000個/リットル

と表すことができます！


ね！これでオッケー★



・・・・というわけにはいかないですね。



数が大きすぎます。超絶に、面倒くさい。



表し方をかえて、有効数字も考慮して

6.0×10²³個/リットル

としても、まだ若干面倒くさい。

「個/リットル」なんていう単位使ってたら、使うたびにいちいち「×10²³」とか書かなきゃいけない。


普通に目に見える量の物質を用意したら、そこには分子とかの粒子が何千垓（せんがい）個っていう規模であるわけですよ。

（ちなみに　１千垓＝10²³）


じゃあ、もっと、便利な単位を用意しよう。


どうすればいいのか。


今、僕の目の前に、カスタードケーキがあります。昨日その辺のスーパーで買ってきた奴です。


このカスタードケーキ、１個１個包装されたものが６個入って一箱です。


一箱買ってくると、それは、カスタードケーキを６個買っていることになる。


６個を一まとめにして、「一箱」と呼んでいる、というわけですね。まあ厳密には「箱」がくっついてくるからちょっと違いますが、まあ、とにかく「ひとまとめにする」っていう感覚をつかんでください。



６千垓個もね、ひとまとめにしちゃえばいいんですよ。


で、「一『箱』」みたいな名前をつけよう。


っていうことで。理由は知りませんが、６千垓個をひとまとめにして「１モル」って呼ぶことにしました。


こうすると、さっきの

約600000000000000000000000個/リットル

の塩化ナトリウム水溶液は、１モル/リットル　と表すことができます！

もっとそれっぽく書くなら、

1mol/l

となるわけです。


これを使うと、さっきの塩酸と水酸化ナトリウムの中和も


「同じ濃度の奴を同じ量混ぜる」でちゃんと中和するようになります。


1.0mol/lの塩酸1.0lと、
1.0mol/lの水酸化ナトリウム水溶液1.0lを 混ぜます。


1.0mol/lの塩酸1.0lには、1.0molのＨＣｌが


1.0mol/lの水酸化ナトリウム水溶液1.0lには、1.0molのNaOHが入ってます。

個数に直すと、どちらも6.0×10²³個、つまり約６千垓個ずつ。

これを混ぜると、

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

の反応により

６千垓個ずつの粒が丁度反応します！


要するにmolってのは、「個数」を表してるんですね！



・・・・さて。



molが個数を表してる、ってことはわかりました。


が



残る疑問は、何故「１mol」が「6.0×10²³個」なのか。




これ実は、「原子量」とか「分子量」とか「式量」とか言うあのあれに関係があるんですねー



NaClの式量は58.5です。

理由は、原子量が　Na=23 Cl=35.5　だからです。単に、足しただけ。


さて。　気づきました？

上の例で、食塩水作ったときに、58.5グラムの塩化ナトリウムを使いました。


で、そこには６千垓のNaClがある、っつって、それを「１mol」とした。



じゃあ、Na原子を、6.0×10²³個集めたら、その質量は何グラムになると思います？
Na=23 ですよ？


・・・答えは、２３グラムです。


じゃあＣ＝１２　としたら、Ｃ原子を１molつまり6.0×10²³個集めたら、質量は何グラムになるか？


答えは、１２グラムです。


じゃあさらに、Ｏ＝１６　として

ＣＯ₂を2mol集めたら、質量はどれだけになるか？



（12+16×2）× 2 =88　なので

８８グラムです。


もうわかりましたね！



つまり、ある物質を6.0×10²³個集めると、丁度その物質の原子量だの分子量だの式量だのに「グラム」をつけた質量になるんです！


なので、その数6.0×10²³個を、1molってまとめて呼ぶことにしたわけです。



大体のイメージとしては、陽子か中性子を1mol集めたら１グラムになる、っていう感じ。


では最後に用語を２つ説明しておきます。

「アボガドロ定数」
6.0×10²³ のことです。まあ、厳密にはもうちょっと細かいですが、大体このくらいの値。
単位は「/mol」です。「個/mol」にすればいいのに、なんてふうにも思いますが、「個」はこういうアカデミックなあれの単位には入ってこなさそうな感じもなんとなくしますよねｗ

「物質量」
何モルか、ってことです。

問. 58.5グラムの塩化ナトリウムがある。この塩化ナトリウムの物質量はどれだけか。
答え. １．０mol


〜本日のまとめ〜

「モル」とは、「個数」を表したもので、
1mol＝6.0×10²³個
言い方を変えると、１モルとは６千垓（せんがい）個のこと。

原子量ｎの原子を１mol集めると、質量の合計はｎグラムになる。

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