化学でいうモルとは？

ダースのような数の単位

人はものをまとめて数えるために特別な言葉を使います。1対は2、1ダースは12、紙の1連は500枚です。化学者にもまとまりを表す言葉が必要です。原子は小さすぎて数も多すぎ、1個ずつ数えることができないからです。その単位がモルで、mol と書きます。

どんなものでも1モルには 6.022 × 10²³ 個の粒子が含まれ、これは 602,200,000,000,000,000,000,000 です。粒子は原子、分子、イオンのいずれでもありうるので、何かをはっきりさせると役に立ちます。水1モルは、6.022 × 10²³ 個の水分子を意味します。

どれほど大きいかを実感するために、休まずに1秒に1個ずつ粒子を数えていくところを想像してください。1モルまで数えるには約19京年かかり、これは宇宙の年齢の100万倍以上です。

アボガドロ数

6.022 × 10²³ という数は、イタリアの科学者アメデオ・アボガドロにちなんで、アボガドロ数、またはアボガドロ定数とよばれます。もともとは、炭素12の原子1モルの質量がちょうど12グラムになるように選ばれました。2019年以降は、その値がちょうど 6.02214076 × 10²³ に定められていますが、ほとんどの問題には 6.022 × 10²³ で十分な精度があります。

モル質量：周期表からグラムへ

元素のモル質量は、その原子1モルの質量で、グラム毎モル（g/mol）で表します。周期表の原子量と同じ数値になります。炭素の原子量は12.011なので、炭素原子1モルの質量は12.011 gです。酸素は15.999なので、酸素原子1モルの質量は15.999 gです。

化合物では、化学式に含まれるすべての原子のモル質量を足し合わせます。水 H₂O には水素原子が2個、酸素原子が1個あります。2 × 1.008 + 15.999 = 18.015 g/mol。二酸化炭素 CO₂：12.011 + 2 × 15.999 = 44.009 g/mol。食卓塩 NaCl：22.99 + 35.45 = 58.44 g/mol。

6C炭素12.011

グラムをモルに換算する

グラムで表した質量をモルに変えるには、モル質量で割ります。物質量（モル）＝質量÷モル質量。グラムが約分されてモルが残るので、割る向きが正しいかを確かめる良い方法です。

例題：コップ1杯ほどの水250 gは何モルでしょうか。水のモル質量は18.015 g/mol なので、250 ÷ 18.015 = 13.88 mol（小数第2位まで）です。

分子の数を求めるには、モルにアボガドロ数を掛けます。13.88 × 6.022 × 10²³ ≈ 8.36 × 10²⁴ 個の水分子が、コップ1杯の中にあります。

モルをグラムに換算する

逆向きに進むには、モルの数にモル質量を掛けます。質量＝物質量×モル質量。

例題：食卓塩2.5 molの質量はいくらでしょうか。2.5 mol × 58.44 g/mol = 146.1 g。もう1つ：二酸化炭素0.5 molの質量はいくらでしょうか。0.5 mol × 44.009 g/mol = 22.00 gで、この量には 0.5 × 6.022 × 10²³ = 3.011 × 10²³ 個の分子が含まれます。

モルを橋だと考えましょう。グラムをモル質量で割るとモルが求まり、モルに 6.022 × 10²³ を掛けると粒子の数が求まります。粒子からグラムに戻るには、逆の手順を逆の順序で行います。