Οι ντουζίνες και τα mol σε ένα παιχνίδι.

• Θέλω να παίξω και εγώ, αλλά αλλάζοντας λίγο θέμα, βάζοντας το ερώτημα.

Τι ρόλο παίζει  η φυσική κατάσταση των σωμάτων και ποια η σχέση της με τα mol τους;

• Ο Διονύσης με το χαριτωμένο lego-ανάλογο… επισημαίνει στους μαθητές μας ότι:

μάζα αντιδρώντων = μάζα προϊόντων,

ή αριθμός ατόμων αναλλοίωτος, ενώ

(mol αντιδρώντων)   ή =,   ή >,   ή <    (mol  προϊόντων),

ή αριθμός μορίων όχι και καλά πάντα αναλλοίωτος.

Το δείχνει χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα την αντίδραση:

  Αl2Ο3 (s)        +     3     Η2(g)      →    2  Αl (s)    +   3 Η2Ο(g)

        1mol       +       3 mol          →    2 mol       +    3 mol    (4<5)

και πετυχαίνει τον μοναδικό στόχο που έβαλε.

• Θα μπορούσαμε να κάναμε παιχνίδι με C, H, O, σε αντιδράσεις καύσης, ανακατασκευάζοντας  τα τουβλάκια- lego χρησιμοποιώντας τα σώματα:

  C2Η6(g),  C2Η4(g),  C2Η2(g),  O2(g),  CO2(g),  Η2Ο(g), επειδή είναι όλα αέρια.

CΗ4(g)      +     2Ο2(g)      →    CO2(g)    +   2Η2Ο(g)

       1        +      2              →        1          +      2            (3=3)

2C2Η2(g)   +     5Ο2(g)      →    4CO2(g)    +   2Η2Ο(g)

       2         +      5              →        4          +      2           (7>6)

C3Η8(g)      +     5Ο2(g)      →    3CO2(g)    +   4Η2Ο(g)

       1        +         5            →        3          +        4          (6<7)

Στη συνέχεια, θα περάσουμε στην επισήμανση ότι το παράδειγμα της αντίδρασης του Διονύση έχει μέσα και στερεά. Και αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία, γιατί άλλο είναι mol Αl2Ο3 (s) και άλλο mol Η2(g).

Και προεκτείνουμε το θέμα. Τα στερεά και τα υγρά είναι ασυμπίεστα. Δεν έχουν επεκτατικές βλέψεις, ούτε όμως και διάθεση να στριμώξουν το χώρο τους. Πιάνουν κάποιο χώρο στο δοχείο, αράζουν εκεί και τεμπελιάζουν. Τα αέρια όμως τρέχουν σαν δαιμονισμένα, ιδιαίτερα όταν ζεσταίνονται και κοπανιούνται πάνω στα τοιχώματα, αλλά και μεταξύ τους. Για αυτό σπρώχνουν και πιέζουν. Η πίεση στην τάξη δεν οφείλεται ούτε στα θρανία ούτε στα σώματα των μαθητών, ούτε στο νερό του μπουκαλιού που κρατά στο χέρι της η μαθήτρια. Οφείλεται στον αέρα που υπάρχει σε αυτή την αίθουσα. Μάλιστα η τιμή της πίεσης εξαρτάται ΟΧΙ από το ΠΟΙΟΝ των ΑΕΡΙΩΝ ΜΟΡΙΩΝ αλλά από το ΠΟΣΟΝ τους και μόνο. Αυτά είναι κάτι μπαλάκια μικρά ή μεγάλα, βαρύτερα ή ελαφρύτερα, δεν έχει σημασία για τη πίεση. Δεν έχει ακόμα σημασία για τη πίεση ούτε ποια είναι, ούτε αν είναι ενώσεις ή στοιχεία , ούτε πως τα λένε. Σημασία για αυτήν έχει μόνο πόσα είναι. Και ασφαλώς έχει ακόμα σημασία ο χώρος (όγκος) που κινούνται, καθώς και η θερμοκρασία. (PV=NkT), ή ισοδύναμα (PV=nRT).

Συνεπώς  στο παράδειγμα των αντιδράσεων καύσης, όπου όλα είναι αέρια και έχουμε V και Τ σταθερά, η πίεση στη 1η αντίδραση δεν αλλάζει, στη 2η αυξάνεται και στη 3η μειώνεται. Ενώ στο παράδειγμα της αντίδρασης του Διονύση αν και τα συνολικά mol αυξάνονται, η πίεση (με V και Τ σταθερά) δεν αλλάζει (αφού 3=3 για τα αέρια). Αυτά πρέπει να τα ακούσει ο μαθητής κάποια στιγμή που θα κρίνουμε ως κατάλληλη.

• Και κάτι τελευταίο. Όταν διδάσκουμε, την έννοια του γραμμομοριακού όγκου, να λέμε: 1 mol οποιουδήποτε αερίου σε STP καταλαμβάνει όγκο 22,4 L, αλλά να το λέμε και κάπως έτσι: Εάν βάλω 1 mol οποιουδήποτε αερίου σε δοχείο όγκου 22,4 L, σε θερμοκρασία 273K, θα δημιουργηθεί πίεση 1Αtm.  

Δηλαδή, τι σημαίνει ότι ο όγκος του αερίου είναι 5,6L σε STP; Καλύτερα, όχι αυτό που λέμε συνήθως, δηλαδή ότι όταν βρεθεί σε συνθήκες πίεσης P=1atm και θερμοκρασίας Τ=273Κ, έχει όγκο 5,6L, αλλά να λέμε ότι αν το ίδιο το αέριο το  διοχέτευα σε δοχείο όγκου 5,6L και η θερμοκρασία ήταν 273Κ, τότε θα δημιουργούσε πίεση P=1atm. Αυτή είναι κατά τη γνώμη μου η καλύτερη εννοιολογική σειρά, γιατί διαφορετικά μένει στον μαθητή η εντύπωση πως το αέριο βρίσκεται παθητικά σε πίεση 1Atm, ενώ στη πραγματικότητα είναι αυτό το υποκείμενο που διαμορφώνει ενεργητικά με την παρουσία του τη τιμή αυτή της πίεσης σε ορισμένη βέβαια θερμοκρασία.

Και για  την αρχή του Avogadro, να λέμε: Ίσοι όγκοι αερίων στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων και αντιστρόφως, αλλά να το λέμε και κάπως έτσι: Εάν βάλω δύο οποιαδήποτε αέρια σε δύο όμοια δοχεία, στην ίδια θερμοκρασία, έτσι ώστε να δημιουργηθεί σε κάθε δοχείο ίδια πίεση, θα περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων και επομένως και mol και αντιστρόφως.