理科 Archive

高校過程の化学は多くの生徒さんがよくわからない教科の１つにあげています。その１つに「モル（mol）」の概念がよく理解できないようなので、今日はこの「モル（mol）」について要点をまとめてみます。

Aさんがビーズ玉を製造している会社に勤めていたと仮定しましょう。この会社では直径約1mmの色の違ったビーズ玉を製造しています。

倉庫にはたくさんのビーズ玉が保管されています。あなたは「倉庫から120,000,000,000,000,000,000,000個の赤いビーズ玉を持って来て」と言われました。倉庫に行ってみるとそこには赤や緑、青、黄色のビーズ玉がごちゃ混ぜに置いてあります。あなたはここから120,000,000,000,000,000,000,000個の赤いビーズ玉を選び出さなければなりません。不可能ですよね。

別の会社の倉庫にもたくさんのビーズ玉が保管されています。しかしこの会社では60,000,000,000,000,000,000,000個ずつ色を区別して箱に詰めてあります。この会社に勤めるBさんは「はい、わかりました。」と言っていとも簡単に120,000,000,000,000,000,000,000個の赤いビーズ玉を持ってくることができました。答えは簡単ですね。Bさんは「赤」と表示された60,000,000,000,000,000,000,000個入りの箱を２箱運ぶだけでしたから。

実はこれが「モル（mol）」の基本的な考え方です。化学では自然界に存在する様々な物質を扱います。そしてその物質は非常に小さな原子や分子といった、いわばビーズ玉からで来ています。
これをいちいち何個と数えていたのでは、Aさんと同じ苦労をすることになってしまいます。

そこで化学では、ビーズ玉の箱のように、1箱に入っている基本の数を、個と表すことにしたのです。赤いビーズ玉60,000,000,000,000,000,000,000個入りの箱のように、簡単に個数を選ぶことができるようにしました。
赤いビーズ玉の単位は「箱」でしたが、化学ではこれを「モル（mol）」という単位を使うことにしたのです。

ではどうして1箱に入っている基本の数を、個と表すことにしたのでしょうか。

原子の中で最も軽い水素原子を考えてみましょう。水素原子（H)の質量は、0.00000000000000000000000167gです。この水素原子を集めて、ちょうど1gの重さ（１円玉の重さ）にしてみましょう。1gの重さにするためには、水素原子を何個集めればよいでしょうか。次の計算式で求められますね。

１(g)÷0.00000000000000000000000167(g)≈60,000,000,000,000,000,000,000(個)

解りましたか？水素原子を個集めれば1gにほぼ等しくなります。

他の原子の質量は水素原子の質量の何倍かがわかっています。たとえば酸素原子の質量は実験の結果、水素原子の約16倍の質量があることがわかっています。

ですから、この酸素原子を個集めれば、酸素原子の質量が16ｇであるとわかることになります。

物質量

基本単位である、をアボガドロ数と呼びます。まとめると、次のようになります。
アボガドロ数=物質のまとまりの個数のことです。
=を１つのまとまりで、その粒子の個数を表したもの
= molと呼び、その物質の粒子の個数を「物質量」と呼びます。

1molあたりの物質の粒子の数を/molと書き表し、「アボガドロ定数」（）と呼びます。

原子量

原子量とは相対的な原子の質量のことを言います。これは比の値ですから単位はありません。
基準は炭素原子の質量をもとにします。

分子量

原子量と同じ基準で表した分子の相対的な質量のことです。つまり、分子に含まれた原子量の総和を表しているわけです。

たとえば、酸素分子＝酸素原子O×２個ですから、＝Oの原子量（16）×２＝32となります。

水分子を考えてみましょう。水分子＝H×２個＋O×１個となります。
水素原子Hの原子量は１、酸素原子Oの原子量は16ですから、水分子の分子量は１×２個＋16×１個＝18ですね。

当然、原子量と同じく相対的な質量（比の値）ですから、これらには単位はありません。

モル質量

モル質量は（g/mol）の単位で表します。

モル質量とは、物質を構成する粒子（原子、分子、イオンなど）の１molあたりの質量です。
言い換えると、＝その物質の原子量または分子量の値に単位をつけたものとも言えます。

炭素原子¹²C を例にあげましょう。
¹²Cの原子量は12です。
ここでモル質量は炭素原子¹²Cの原子量に（g/mol）を付けた値に等しくなりますから、12g/mol と表せます。

＝12g/mol (＝1mol )
=12g (＝質量）

水分子の場合はどうでしょうか。分子量の説明のところで水分子の分子量は18とわかっていますから、水分子のモル質量は、18g/molとなりますね。

モル質量は式量でも同じことです。ちなみに式量とは、その化合物の構成単位が分子として明確に決められないものを指します。（詳しくは化学Ⅱで）

塩化ナトリウム(NaCl)の式量は58.5です。ですからモル質量は58.5g/molとなります。

では例題です。

Q. 窒素28gを十分な水素と反応させて、すべてアンモニアにしたとすると、アンモニアは何gできるでしょうか。
ただし、原子量は、H=1, N=14とします。

化学反応式を書いてみましょう。

+ ———→

ここで重要なことを１つ。「化学反応式の係数＝モルの比の値」

ですから、この反応式のモルの比は、① ： ③ ： ② ＝１ ： ３ ： ２ になります。

１．モルの比からはの２倍です。

２．Nの原子量＝14
の分子量＝28
のモル質量＝28g/mol
1mol＝28ｇ（質量）

∴ のモル数＝28g ÷ 28ｇ/mol ＝ 1mol

３．はの２倍です。（∵１．から）
のモル数＝1mol × 2 ＝ 2mol

４．のモル質量＝Nの原子量（14）+Hの原子量（1）×3＝17g/mol=17g（質量）

のモル数＝2molですから、のモル質量は、17g/mol × ２ ＝34g/molとなります。

よって求めるの質量は34ｇとなります。

いかがでしたか？モルは初めての人にはなかなか理解できない面があります。よく解らないという方は、原子量、分子量、モル質量の定義をもう一度復習してみましょう。

モルはこれから化学を学習していく上で、重要な「道具」となります。基本をしっかり押さえておきましょう。