Mol

Nota:Para vela, vejaMole (náutica).Para outros significados, vejaMol (desambiguação).

Omol^{(português brasileiro)}oua mole^{(português europeu)}é aunidade de base do Sistema Internacional de Unidades(SI) para a grandezaquantidade de substância(símbolo:mol). É uma das sete unidades de base doSistema Internacional de Unidades,muito utilizada naQuímica.O seu uso é comum para simplificar representações de proporções químicas e no cálculo deconcentraçãodesubstâncias.

A definição atual de mol, que entrou em vigor a partir do dia 20 de maio de 2019, diz que:

"Mol, símbolo mol, é a unidade do SI da quantidade de substância. Um mol contém exatamente 6,022 140 76 × 10²³entidades elementares. Este número é o valor numérico fixado para aconstante de Avogadro,N_A,quando expresso em mol^–1,e é chamado denúmero de Avogadro."

A unidade mol é muitas vezes comparada à "dúzia",pois ambas são adimensionais (sem unidades) e são utilizadas para descrever quantidades. Porém, o uso do mol mostra-se adequado somente para descrever quantidades de entidades elementares (átomos,moléculas,íons,elétrons,outras partículas, ou grupos especificados de tais partículas).

História

Professor A.W. Hofmann.

Em termos linguísticos, o termo "mol" foi incialmente utilizado pelosromanospara designar as pesadas pedras utilizadas para construir barragens marítimas e demoinhos.Na literatura científica, o primeiro uso do termo "molar" é atribuído aoquímicoalemãoAugust Wilhelm Hofmannpor volta de 1865.A possível origem do termo vem dolatimmoles,que significa "grande massa". O termo foi inicialmente concebido na tentativa de designar uma massa relativamente grande, de tamanho macroscópico, e seu uso se daria ao fazer contrapontos com o mundo submicroscópico ou "molecular". A palavra molecular, surge aqui como uma derivação do termo mole, com a adição do sufixo cula, significando "pequeno" ou "diminuto". Foi apenas por volta de 1893 que o físico-químico alemãoWilhelm Ostwaldutilizou o nome propriamente dito "mole", significando uma massa em gramas ou "peso molecular em gramas" da forma como vemos hoje. O uso do termo molar somente se tornou comum em livros científicos de física por volta de 1940 e, a interconversão de mol para grama se tornou comum logo após 1950.

Evoluções da definição

Wilhelm Ostwald.

Antes de1959,tanto a União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) quanto a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) usavam ooxigêniopara definir a grandeza quantidade de substância, sendo definida como o número deátomosexistentes em 16gde oxigênio que possui massa de 16 g. Os físicos usaram uma definição similar a esta, porém, fazendo uso doisótopodo oxigênio de massa 16 (oxigênio-16). Posteriormente as duas organizações entraram em um acordo, entre1959e1960,e definiram a unidade de medida da grandezaquantidade de substânciacomo:

“ Mol é a quantidade de substância de umsistemaque contém tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012quilogramadecarbono-12;seu símbolo é "mol" ”

Como adendo a esta definição, aIUPACesclarece que, quando a terminologia mol for usada, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo serátomos,moléculas,íons,elétrons,outras partículas, ou grupos especificados de tais partículas.

Essa definição foi adotada peloCIPM(Comitê Internacional de Pesos e Medidas) em1967e, em1971,ratificada pela XIV Conferência Geral de Pesos e Medidas (Resolução 3, 1971). Em1980,o CIPM confirmou novamente esta definição, adicionando a informação de que os átomos decarbono-12não estariam ligados por meio deligações químicas,mas em seuestado fundamental.

No dia 16 de novembro de 2018, durante a 26ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), que ocorreu entre os dias 13 e 16 de novembro de 2018, emVersalhes,foi aprovada em votação uma nova proposta de redefinição das unidades de base mol,kilograma,ampereekelvin.Ficou definido que um mol de uma substância tem exatamente 6,02214076 × 10²³entidades elementares especificadas. Este é o número atualmente fixado para onúmero de Avogadro.Desta forma, a definição do mol deixou de ser baseada em uma unidade de massa. No dia 20 de maio de 2019 esta definição entrou em vigor.

A definição, junto com seu adendo explicativo, ficou como:

“ O mol, símbolo mol, é a unidade do SI de quantidade de substância. Um mol contém exatamente 6,02214076 × 10²³entidades elementares. Este número é o valor numérico fixado para aconstante de Avogadro,N_A,quando expresso em mol^–1,e é chamado denúmero de Avogadro.A quantidade de substância, símbolon,de um sistema, é uma medida do número entidades elementares especificadas. Uma entidade elementar pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron, qualquer outra partícula ou grupo de partículas especificado. ”

Entidades elementares

Colher de chá contendo 5 mL de água (aproximadamente 0,3 mol de água).

Ao utilizar o termo mol, deve-se especificar quais são as entidades elementares em questão (átomos,moléculas,íons,elétrons,outras partículas ou agrupamentos especificados de tais partículas), uma vez que ambiguidades podem ser geradas. Por exemplo, se fosse escrito apenas 4,44 mol dehidrogênio,seria impossível saber se significa 4,44 mol deátomosou demoléculasde hidrogênio. Uma maneira usual e conveniente para contornar possíveis ambiguidades é escrever afórmula molecularda entidade elementar que está contida pelo mol. Ex.: 4,44 mol de H₂;6,28 × 10⁻²mol de PbO; 3 mol deFe.

Quando a substância é umgás,geralmente as entidades elementares em questão são moléculas. Porém,gases nobres(hélio,neônio,argônio,criptônio,xenônioeradônio) são monoatômicos nas condições ambientes (ou seja, cada entidade elementar de um gás nobre é um único átomo).

Grafia e plural

O nome para a unidade "mol" deve ser grafado sempre em letra minúscula, assim como todos os nomes das unidade doSI(exceção: no início da frase e em "grau Celsius"). Para o emprego do plural, deve-se saber que somente o nome da unidade de medida aceita oplural,que é sempre feito pela adição da letra "s" após o nome da unidade.

NoBrasil,o nome e osímboloda unidade de medida da grandeza quantidade de substância são idênticos, isto é: mol e mol, respectivamente. Isto faz com que o plural do mol (substantivo masculino) seja mols. EmPortugal,o nome da unidade é a mole (substantivo feminino), logo, seu plural é moles.

Exemplo:

• Português brasileiro: Dois mols de uma substância;
• Português europeu: Duas moles de uma substância.

O mol como símbolo de unidade não aceita plural.

Exemplos: 5,0 mol (e não 5,0 mols). De forma semelhante, para outras unidades doSI:10,5m(e não 10,5 ms), 7,2L(e não 7,2 Ls).

Como nome da unidade, o plural deve ser empregado da seguinte forma:

• Português brasileiro: Uma solução contém dois mols deíonscloreto.De forma semelhante à unidademetro:A mesa tem três metros de comprimento;
• Português europeu: Uma solução contém duas moles deiõescloreto.

Mol e a constante de Avogadro

Ver artigo principal:Constante de Avogadro

Quanto mais assopramos para encher o balão, maior a quantidade degás(mols) e, consequentemente, maior o seuvolume.Essa é uma relação direta de proporcionalidade, observada por Avogadro.

O conceito de mol está intimamente ligado àconstante de Avogadro(antigamente chamada de número de Avogadro), sendo que 1 mol tem aproximadamente 6,022 × 10²³entidades. Este é um número extremamente grande, pois se trata de uma medida da ordem de sextilhões. Exemplos:

• 1 mol demoléculasde um gás possui aproximadamente 6,022 × 10²³moléculas deste gás, ou seja, seiscentos e dois sextilhões de moléculas;
• 1 mol deíonsequivale a aproximadamente 6,022 × 10²³íons, ou seja, seiscentos e dois sextilhões deíons;
• 1 mol de grãos de areia equivale a aproximadamente 6,022 × 10²³grãos deareia,ou seja, seiscentos e dois sextilhões de grãos de areia.

Mol e massa molar

Ver artigo principal:Massa molar

Amassa molaré a massa de 1 mol de entidades elementares. Amassa atômicae a massa molar de uma mesma substância são numericamente iguais.Por exemplo:

• Massa atômica (MA)dosódio= 22,990u;
• Massa molar (M)do sódio = 22,990 g/mol;
• Massa atômica (MA)docálcio= 40,078u;
• Massa molar (M)docálcio= 40,078 g/mol.

Deve-se ainda saber que 1 mol de diferentes substâncias possui sempre o mesmo número de partículas. No entanto, a massa contida em 1 mol varia consideravelmente entre as substâncias.

Mol e volume molar

Ver artigo principal:Volume molar

Esfera de silício.

Volume molaré a razão entre ovolumee a quantidade de substância. Equivale ao volume ocupado por 1 mol de entidades elementares, podendo estar no estadogasosoousólido.NasCNTPe nasCPTPo volume molar de umgás idealé de aproximadamente 22,4 e 22,7litros,respectivamente. Para osilíciosólido, o volume molar é de aproximadamente 12,06 cm³/mol.

Em um dos experimentos realizados porAvogadro,foi observado que o volume de um gás é diretamente proporcional ao número de suas partículas. Isto significa que, quanto maior a quantidade de entidades elementares de um gás, maior será o volume ocupado.

Utilidade do mol

Balança analíticacom umbéquerde 50 mL em seu interior contendoca.1 mol deNaCl(58,44 g).

O mol é utilizado para simplificar representações de proporções químicas. A uma dada massa (por exemplo, 1,0g) de cada uma das diferentes substâncias sempre estão associados números distintos e extremamente grandes das entidades que compõem essas substâncias. Isto porque essas entidades (sejam moléculas, átomos ou fórmulas unitárias) têm massas distintas. Entretanto, ao químico interessa trabalhar com um número fixo de entidades. Para isso, ele dispõe da grandeza denominada "quantidade de substância" (uma das sete grandezas de base doSI), cuja unidade é o mol.
Em uma representação de umareação química,asfórmulas molecularesdas substâncias são precedidas por números, chamados de coeficientes, que têm como função indicar as proporções adequadas das substâncias participantes desta reação.Por exemplo, nacombustãodo gás hidrogênio, temos:

$2H_{2(g)}+O_{2(g)}\longrightarrow 2H_{2}O_{(\ell )}$

Há uma proporção mínima de duas partes de gáshidrogêniopara cada uma parte de gásoxigênio,formando duas partes de água. Em se tratando de mols, para cada dois mols de gás hidrogênio que reagem com um mol de gás oxigênio, tem-se como produto dois mols deágualíquida.

Numa visãomicroscópica,aproximadamente 1,2044 × 10²⁴(1 septilhão e 204 sextilhões) moléculas de gáshidrogênioreagem com 6,022 × 10²³(seiscentos e dois sextilhões) moléculas de gásoxigênio,formando 1,2044 × 10²⁴moléculas de água.

Comparações com a "dúzia"

Apesar de não ser recomendada, a comparação com a "dúzia"facilita na compreensão da utilidade do mol. Partindo de exemplos do dia a dia, quando se compram 60laranjas,tem-se:

${\frac {60}{12}}=5$dúzias de laranjas

Desta forma, torna-se simples e prático lidar com o conceito de dúzia ao invés de imaginar um número tão grande delaranjas.Se os químicos também utilizassem do conceito da dúzia para simplificar o número deátomosexistentes em 56gdeferro,que contêm aproximadamente a quantidade deAvogadrode átomos, ou seja, 6,02 × 10²³átomos de ferro, teriam como resultado:

${\frac {6,02\times 10^{23}}{12}}=5,0\times 10^{22}$dúzias de átomos

Percebe-se assim que, utilizar-se da dúzia para medir esta quantidade de átomos não traz alteração na grandeza numérica ou qualquer utilidade.

Como átomos, moléculas e outras entidades elementares possuem dimensões muito reduzidas e uma pequena quantidade de substância assume números extremamente grandes de entidades, torna-se conveniente contar a quantidade de substância em grupos de 6,02 × 10²³(constante de Avogadro). Sendo assim, 6,02 × 10²³átomos de ferro equivalem a 1 mol de átomos deferro.

Diferenças entre mol e molécula

Comparação entre molécula e mol para a substância gás carbônico (CO₂).

Ambas as palavras, mol e molécula, têm sua origem nolatimmoles,que entre seus muitos significados, traz a ideia de "porção", "quantidade", "massa" ou "grande massa".Porém, não se deve confundir o conceito demoléculacom o de mol. Para evitar esta confusão, deve-se lembrar que molécula, palavra originalmente derivada do diminutivo de mol, refere-se de uma forma geral a uma entidade eletricamente neutra, tendo mais do que um átomo (n>1),enquanto que mol, pode referir-se a 6,022 × 10²³moléculasentre outras entidades possíveis.

Exemplo: Um mol deágua(ou da substância água) tem aproximadamente 18g.Imaginando o mundo "microscópico",isso significa dizer que 18 g de água tem 6,022 × 10²³(seiscentos e dois sextilhões) moléculas de água.

Outra confusão que pode ocorrer é com relação às grandezasmassa molaremassa molecular.A massa molar (representada pela letra "M" ) indica a massa, em gramas, de 1 mol de qualquer entidade elementar, já a massa molecular, refere-se à massa de uma única molécula da substância, representada porunidade de massa atômica"u".

O tamanho do mol

Visão parcial de umaprovetacontendo 18 mL de água (1 mol de água).

Apesar de ser um número extremamente grande de entidades elementares, um mol de uma substância pode se referir a um pequenovolume.Para a substânciaágua,por exemplo, 1 mol de águalíquidaocupa um volume um pouco maior do que de uma colher de sopa cheia (1 mol de água tem aproximadamente 18 mL); Um mol de gásnitrogênio(N₂) inflará um balão com um diâmetro de aproximadamente 30 cm; um mol deaçúcar de cana(C₁₂H₂₂O₁₁) tem aproximadamente 340g.Todas estas quantidades de substâncias citadas, estão contidas em um mol, apresentando aproximadamente 6,022 × 10²³moléculas.

Entidades do dia a dia

Analogias envolvendo o mol são úteis quando se trata de entidades elementares; porém, quando se fala em "entidades do dia a dia", tais comolaranjas,pãezinhose até mesmo grãos deareia,as dimensões que atingem um mol dessas entidades são extremamente grandes.

Exemplos:

• Ao considerar a espessura de uma folha depapelcom cerca de 0,1mm(10⁻⁴m), tem-se que um mol de folhas de papel representaria aproximadamente 6,02 × 10¹⁹m. Sabendo-se que a distância média daTerraàLuaé de 384 000km(3,84 × 10⁸m),isso significa dizer que um mol de folhas de papel colocadas umas sobre as outras equivaleria a um comprimento suficiente para ir e voltar da Lua 7,8 × 10¹⁰vezes, ou seja, cerca de 80 bilhões de vezes;
• Supondo que todos os grãos de areia tenham formato cúbico, com aresta de 1mm(10⁻³m), pode-se então calcular que seu volume seria de 10⁻⁹m³. Um mol de grão de areia ocuparia o volume aproximado de 6,02 × 10²³× 10⁻⁹= 6,02 × 10¹⁴m³. Sabendo-se que a área territorial do Brasil é de aproximadamente 8.515.767,049km²= 8,515767049000 × 10¹²m², para se calcular a altura da camada de grãos de areia que cobriria a superfície do país, faz-se: 6,02214076 x 10¹⁴m³ / 8,515767049000 × 10¹²m² ≈ 70,72m;

Ver também

• CNTP(Condições Normais de Temperatura e Pressão)
• CODATA
• Constante de Avogadro
• CPTP(Condições Padrão de Temperatura e Pressão)
• Massa atômica
• Massa molar
• Massa molecular
• Quantidade de substância
• Unidade de massa atômica
• Volume molar