"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Атомы и молекулы слишком малы, чтобы пересчитывать их по одному, поэтому в химии используют величину «количество вещества». Она показывает, сколько частиц содержится в образце, и измеряется в молях. Один моль соответствует примерно 6,02 · 10²³ частиц. Это число называют постоянной Авогадро. Зная количество вещества, можно найти число атомов или молекул, а по числу частиц — вычислить количество вещества.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Количество вещества — физическая величина, показывающая, сколько структурных частиц содержится в образце. Её обозначают латинской буквой n и измеряют в молях. Структурными частицами могут быть атомы, молекулы или другие частицы. Эта величина нужна, чтобы описывать огромные количества частиц удобным числом, а не пересчитывать их по одной.
Моль — единица измерения количества вещества. Один моль содержит столько частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. Речь идёт о фиксированном количестве частиц, а не о массе самого образца. Понятие моля позволяет одинаково считать частицы разных веществ.
Постоянная Авогадро — число структурных частиц, приходящееся на один моль вещества. Её обозначают Nₐ; приближённое значение — 6,02 · 10²³ моль⁻¹. Эта постоянная нужна, чтобы переводить количество вещества в число частиц и обратно. Индекс «а» в обозначении помогает отличить её от числа частиц в конкретном образце.
Число структурных частиц — общее количество атомов, молекул или других частиц в образце. Его обозначают буквой N. В отличие от количества вещества, N — это непосредственно число выбранных частиц, а n выражается в молях. Уточнение вида частиц помогает правильно истолковать результат расчёта.
Атомы и молекулы чрезвычайно малы, а в даже небольшом образце их очень много. Поэтому пересчитать частицы по отдельности практически невозможно. Вместо этого химики используют количество вещества: оно позволяет описать число частиц через удобную единицу — моль. Так можно выполнять расчёты, не перечисляя каждую частицу.
Моль выбран как единица количества вещества, потому что нужен общий способ считать частицы, подобно тому как предметы считают десятками или дюжинами. Дюжина означает двенадцать предметов, а моль — огромное фиксированное число частиц. Размер этой «порции» очень велик из-за того, что атомы и молекулы очень малы. При этом моль не указывает, какие именно частицы входят в порцию: это определяют по условию задачи.
Постоянная Авогадро связывает количество вещества с числом частиц. В каждом моле содержится одинаковое число частиц — около 6,02 · 10²³, поэтому при увеличении количества вещества число частиц растёт пропорционально. Например, в двух молях частиц вдвое больше, чем в одном моле. Это справедливо, если сравниваются однотипно выбранные частицы: например, молекулы с молекулами.
Связь записывают формулой N = n · Nₐ: чтобы узнать число частиц, количество вещества умножают на постоянную Авогадро. Если известны число частиц и требуется найти количество вещества, формулу преобразуют: n = N / Nₐ. Деление здесь объясняется тем, что нужно выяснить, сколько «порций» по Nₐ частиц содержится в образце. Единицы также служат проверкой: моль, умноженный на моль⁻¹, даёт число частиц.
В расчётах важно заранее решить, какие именно частицы считают, потому что в одном веществе можно рассматривать разные объекты. Например, для воды можно считать молекулы H₂O или входящие в них атомы. В каждой молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода, поэтому число атомов водорода вдвое больше числа молекул воды. Если не уточнить вид частиц, верный расчёт можно истолковать неправильно.
В таблице собраны обозначения и способы перехода между величинами. Единица моль относится к количеству вещества, а число частиц записывают как обычное число объектов. Постоянная Авогадро показывает, сколько частиц соответствует одному молю.
| Величина | Обозначение | Единица измерения | Связь между величинами |
|---|---|---|---|
| Количество вещества | n | моль | n = N / Nₐ |
| Число структурных частиц | N | число частиц | N = n · Nₐ |
| Постоянная Авогадро | Nₐ | моль⁻¹ | Около 6,02 · 10²³ частиц в одном моле |
| Формулы для перехода между количеством вещества и числом частиц | n, N, Nₐ | — | N = n · Nₐ; n = N / Nₐ |
Сначала найдите в таблице известную величину, затем выберите формулу, в которой она участвует. Если ищете N, умножайте n на Nₐ; если ищете n, делите N на Nₐ. Обозначение частиц в условии должно совпадать с тем, что требуется найти.
Известно число молекул N = 1,204 · 10²⁴, требуется найти количество вещества n. Поскольку известны частицы, а требуется число молей, используем формулу n = N / Nₐ. Берём Nₐ ≈ 6,02 · 10²³ моль⁻¹. В условии считают именно молекулы, поэтому и ответ будет относиться к молям молекул.
Ответ: в образце содержится 2 моль вещества.
Дано количество вещества атомов железа: n = 0,25 моль; требуется найти их число N. В формуле N = n · Nₐ перемножаются количество вещества и число частиц в одном моле. Здесь прямо указано, что считаются атомы железа, поэтому ответ будет числом атомов, а не молекул. Запишем расчёт и проверим порядок величины: четверть моля должна содержать четверть числа Авогадро.
Ответ: в образце содержится 1,505 · 10²³ атомов железа.
В условии даны 2 моль молекул воды, но спрашивают число атомов водорода. Поэтому нельзя просто считать найденные молекулы ответом: надо учесть состав H₂O. Сначала найдём число молекул, используя постоянную Авогадро, затем умножим результат на два. Такой порядок действий отделяет перевод молей в частицы от подсчёта атомов внутри молекулы.
Ответ: в 2 моль молекул H₂O содержится 2,408 · 10²⁴ атомов водорода.
Количество вещества и число частиц — разные величины: n измеряется в молях, а N показывает число объектов. Их путают, потому что обе величины описывают «сколько» вещества или частиц имеется. Перед вычислением подпишите единицу и уточните, что требуется найти. Если результат должен быть в молях, ищите n; если спрашивают число атомов или молекул, ищите N.
Постоянную Авогадро иногда принимают за число частиц в любом образце. Но примерно 6,02 · 10²³ частиц содержится именно в одном моле, а в другом количестве вещества частиц может быть больше или меньше. Ошибка возникает, когда забывают, что Nₐ — коэффициент пересчёта, а не готовый ответ. Проверьте, умножаете ли вы Nₐ на количество молей или делите на него число частиц.
При переходе от числа частиц к молям иногда умножают на Nₐ вместо деления. Это происходит, когда формулу запоминают без понимания, какое значение ищут. Для нахождения количества вещества используйте n = N / Nₐ; для числа частиц — N = n · Nₐ. Проверка направления проста: в числе частиц обычно огромная величина, поэтому деление на 6,02 · 10²³ переводит её в число молей.
Ещё одна ошибка — не уточнить, какие частицы посчитаны. Например, число молекул воды не равно числу атомов водорода в них: на каждую молекулу H₂O приходятся два атома водорода. Путаница возникает из-за того, что в условии могут одновременно упоминаться моли молекул и отдельные атомы. Сверьте формулу вещества и спросите себя, что именно стоит после слова «сколько» в задаче.
Чтобы понимать количество вещества, нужно знать, что вещества состоят из атомов, молекул или других частиц, и уметь читать химические формулы. Индексы в формуле показывают, сколько атомов соответствующего элемента входит в молекулу: это помогает пересчитывать молекулы в отдельные атомы. Количество вещества понадобится при расчётах по химическим уравнениям, где сравнивают количества реагирующих частиц. Оно также используется при изучении молярной массы — величины, связывающей массу вещества с количеством вещества.
Что показывает количество вещества?
Количество вещества показывает, сколько структурных частиц содержится в образце. Частицами могут быть атомы, молекулы или другие объекты, из которых состоит вещество.
Что такое один моль?
Моль — единица измерения количества вещества. Один моль содержит столько частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12.
Сколько частиц содержится в одном моле?
В одном моле приблизительно 6,02 · 10²³ частиц. Это могут быть атомы, молекулы или другие частицы — в зависимости от того, о каком веществе и расчёте идёт речь.
Как найти число частиц по количеству вещества?
Количество вещества умножают на постоянную Авогадро: N = n · Nₐ. Перед вычислением нужно определить, какие именно частицы требуется посчитать.
Чем количество вещества отличается от числа частиц?
Количество вещества n измеряют в молях, а число частиц N показывает, сколько атомов, молекул или иных частиц находится в образце. Эти величины связаны постоянной Авогадро: N = n · Nₐ.
§ 15. Количество вещества. Моль — единица количества вещества
