Γραμμομόριο

Το γραμμομόριο ή mole μολ (σύμβολο: mol) είναι η μονάδα μέτρησης με την οποία προσδιορίζεται η ποσότητα ύλης ενός σώματος στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.) και αποτελεί μία από τις επτά θεμελιώδεις μονάδες του.

Ορισμός

Το mole είναι η ποσότητα ύλης ενός σώματος που περιέχει τόσες στοιχειώδεις οντότητες όσα είναι τα άτομα σε 0,012 χιλιόγραμμα καθαρού ισοτόπου άνθρακα-12 (¹²C). Στην ποσότητα αυτή του άνθρακα-12 (¹²C) περιέχονται 6,02214199×10²³ άτομα άνθρακα. Ο αριθμός αυτός ονομάζεται αριθμός Avogadro, αποτελεί φυσική σταθερά και συμβολίζεται με ΝΑ. Το mole είναι η ποσότητα ΝΑ διακεκριμένων, ομοίων μεταξύ τους, στοιχειωδών οντοτήτων (ατόμων, μορίων, ιόντων, ηλεκτρονίων, στοιχειωδών φορτίων, φωτονίων κ.τ.λ).

Ιστορία του όρου

Στις αρχές του 20ου αιώνα αρχίζει να γίνεται με σαφήνεια ο διαχωρισμός μεταξύ της έννοιας του μορίου και της έννοιας του ατόμου. Έτσι προκύπτει η αναγκαιότητα για τον ποσοτικό προσδιορισμό ενός μακροσκοπικού μεγέθους που θα δείχνει πόσα στοιχειώδη σωματίδια περιέχονται σε μία «ποσότητα ουσίας». Ο George Gorin αναφέρει ότι ο πρώτος που εισάγει την έννοια του mole ως μονάδα μέτρησης της «ποσότητας μίας ουσίας» είναι ο Wilhelm Ostwald που το 1900 αναφέρει: [. . . das in Grammen augedruckte [. . .] Molekulargewicht eines Stoffes soll fortan ein Mol heissen] (Το αναγόμενο σε γραμμάρια μοριακό βάρος θα ονομάζεται Mol από εδώ και πέρα). Ο ίδιος αργότερα συνδέει το mole και με τον γραμμομοριακό όγκο του ιδανικού αερίου σε συνθήκες STP: [eine solche Menge irgendeines Gases, welche das Volum von 22412 cm³ im Normalzustand einnimt nennt man ein Mol]" (μία τέτοια ποσότητα ιδανικού αερίου που καταλαμβάνει όγκο 22.412 cm³ σε κανονικές συνθήκες θα ονομάζεται 1 mol). Ο Ostwald προτιμάει τον όρο mole (moles: μεγάλη μάζα) για να εκφράσει την έννοια «gram-molecule» που χρησιμοποιείται στην εποχή του καθώς η λέξη «molecule» προϊδεάζει ότι πρόκειται για μικρή μάζα. Ο ορισμός του mole μέχρι τα μέσα του εικοστού αιώνα διχάζει τους φυσικούς και τους χημικούς. Η διεθνής ένωση φυσικών IUPAP το ορίζει σαν την ποσότητα ατόμων που περιέχονται σε 16 γραμμάρια του ισοτόπου του οξυγόνου-16 (¹⁶Ο) ενώ η διεθνής ένωση χημικών IUPAC το ορίζει σαν την ποσότητα ατόμων που περιέχονται σε 16 γραμμάρια οξυγόνου (σύνηθες μείγμα ισοτόπων). Η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών ορισμών είναι βέβαια πολύ μικρή αλλά ικανή να επιφέρει σύγχυση στις αναφορές των πειραματικών μετρήσεων. Το 1960 οι δύο ενώσεις συμφωνούν στο σημερινό ορισμό του mole και το 1971 γίνεται δεκτός από το 14ο συνέδριο μέτρων και σταθμών (CGPM). Το 1980 το CIPM διευκρινίζει ότι στον ορισμό του mole τα άτομα του άνθρακα-12 (¹²C) θα πρέπει να είναι ελεύθερα από χημικούς δεσμούς και στη θεμελιώδη ενεργειακή τους κατάσταση.

Η αναγκαιότητα

Πολλές από τις ιδιότητες των υλικών σωμάτων δεν στηρίζονται στη μάζα ή στον όγκο που καταλαμβάνουν αυτά αλλά στην ποσότητα των διακεκριμένων σωματίων που περιέχουν, ανεξάρτητα από το είδος τους, τη μάζα τους ή τον όγκο που καταλαμβάνουν. Έτσι ο ορισμός μίας συγκεκριμένης ποσότητας σωματίων ήταν αναγκαίος για την εκτίμηση των τιμών των ιδιοτήτων αυτών και για την εξεύρεση των ποσοτικών σχέσεων που τις περιγράφουν. Ο προσδιορισμός της ποσότητας της ύλης με τον αριθμό των moles (διεθνές σύμβολο n) εμφανίζεται ως αναγκαιότητα σε περιπτώσεις όπως:

Στη σχέση μεταξύ πίεσης – όγκου – θερμοκρασίας των αερίων που συμπεριφέρονται ως ιδανικά

Η σχέση αυτή που ονομάζεται και καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων είναι η παρακάτω:
όπου P: η πίεση του αερίου, V ο όγκος του, n o αριθμός των moles, Τ η απόλυτη θερμοκρασία και R η παγκόσμια σταθερά των αερίων.

Στον προσδιορισμό της τιμής της εσωτερικής ενέργειας των αερίων

Η εσωτερική ενέργεια ενός αερίου είναι ανάλογη του αριθμού των moles που περιέχει.

Στον προσδιορισμό της θερμότητας που ανταλλάσσουν τα σώματα

Η θερμότητα που λαμβάνει ή αποδίδει ένα σώμα δίνεται από τη σχέση:
όπου Q η θερμότητα, n ο αριθμός των moles, ΔT η μεταβολή της θερμοκρασίας και C η γραμμομοριακή ειδική θερμότητα του σώματος.