"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Атомы, молекулы и ионы слишком малы, чтобы считать их по одному, поэтому в химии используют количество вещества. Его измеряют в молях: один моль содержит около 6,02·10²³ частиц. Масса одного моля называется молярной массой и зависит от состава вещества. Зная массу образца или число частиц, можно вычислить количество вещества, а затем находить массу и число частиц по формулам.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Количество вещества обозначают n. Это физическая величина, которая характеризует число структурных частиц в образце, а её единица измерения — моль. Она помогает описывать частицы, которые нельзя пересчитать по одной, используя измеряемые величины.
Моль — количество вещества, содержащее столько структурных частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. Речь может идти об атомах, молекулах или ионах: тип частиц зависит от вещества. Такое определение задаёт общую счётную порцию для химических расчётов.
Постоянная Авогадро Nₐ — число частиц в одном моле вещества; её значение приблизительно равно 6,02·10²³ моль⁻¹. Она связывает число частиц N с количеством вещества n. Благодаря ей можно перейти от молей к отдельным частицам и обратно.
Молярная масса M — масса одного моля вещества, её обычно выражают в г/моль. Её вычисляют по формуле M = m/n, где m — масса образца, а n — количество вещества. Эта величина позволяет переводить массу в моли и наоборот.
В химии важно знать, сколько частиц участвует в превращении, но отдельные атомы и молекулы слишком малы для прямого подсчёта. Поэтому используют количество вещества: его можно связать с массой, которую реально измерить на весах. Так масса образца становится способом оценить число содержащихся в нём частиц.
Моль — счётная единица, подобная паре или дюжине, только в нём намного больше объектов. Дюжина всегда означает 12 предметов, а моль всегда означает около 6,02·10²³ частиц. Большое значение нужно потому, что в обычной порции вещества атомов и молекул очень много.
Чтобы перейти от количества вещества к числу частиц, умножают число молей на постоянную Авогадро: N = nNₐ. Если требуется узнать количество вещества по числу частиц, действие обратное: n = N/Nₐ. Например, в 2 молях содержится вдвое больше частиц, чем в 1 моле.
Молярную массу получают из химической формулы, складывая относительные атомные массы элементов. У простого вещества учитывают число атомов в его формуле: для O₂ молярная масса равна 2·16 = 32 г/моль. В соединении складывают вклад каждого элемента с учётом индексов, например для CO₂ получают 12 + 2·16 = 44 г/моль.
Масса, количество вещества и молярная масса связаны формулой n = m/M. Если нужны масса или молярная масса, формулу преобразуют: m = nM, а M = m/n. При массе в граммах и молярной массе в г/моль результат для n получается в молях, потому что граммы сокращаются.
| Величина или связь | Обозначение | Формула или значение | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Количество вещества | n | n = m/M | моль |
| Постоянная Авогадро | Nₐ | 6,02·10²³ моль⁻¹ | моль⁻¹ |
| Количество частиц и количество вещества | N, n | N = nNₐ; n = N/Nₐ | частицы; моль |
| Молярная масса | M | M = m/n | г/моль |
| Масса, количество вещества и молярная масса | m, n, M | m = nM; n = m/M | г; моль; г/моль |
Сначала найди в условии известные величины и выбери строку с нужной связью. Затем проверь, что единицы согласованы: например, граммы делят на г/моль. Обозначение N относится к числу частиц, а n — к количеству вещества.
Задача 1. Найти количество вещества в 36 г воды, если M(H₂O) = 18 г/моль.
Ответ: 2 моль воды.
Задача 2. Определить массу 0,5 моль углекислого газа.
Ответ: 22 г CO₂.
Задача 3. Сколько молекул содержится в 0,25 моль кислорода O₂ и какова масса этой порции?
Ответ: 1,505·10²³ молекул O₂; масса порции — 8 г.
Количество вещества иногда принимают за массу, потому что в задачах эти величины часто стоят рядом. Но граммы показывают массу образца, а моли — число порций фиксированного размера, то есть частиц. Проверь себя: если в ответе требуется n, укажи моль, а если m — единицу массы.
Можно ошибочно решить, что один моль любого вещества весит одинаково. Это не так: в моле всегда одинаковое число частиц, но сами частицы разных веществ имеют разную массу. Проверка проста: вычисли M по формуле конкретного вещества, а не переноси молярную массу из другой задачи.
При расчёте молярной массы иногда забывают индексы в формуле, например считают для CO₂ только один атом кислорода. Ошибка возникает, когда индекс воспринимают как часть записи, а не как число атомов. Пересчитай все атомы: у CO₂ один атом углерода и два атома кислорода.
Ещё одна ошибка — смешивать граммы и килограммы либо неверно записывать единицу результата. Например, нельзя делить массу в граммах на молярную массу в кг/моль без перевода одной из величин. Перед вычислением сверь единицы, а после него проверь, что для n получилось моль, для m — грамм, для M — г/моль.
Для вычисления молярной массы нужно уметь читать химические формулы, находить относительные атомные массы элементов и рассчитывать относительную молекулярную массу. Индексы в формуле показывают, сколько атомов каждого элемента входит в частицу.
Переход от количества вещества к числу частиц помогает определять число атомов, молекул и ионов в образце. Он также пригодится при расчётах по химическим уравнениям, где сравнивают количества реагирующих и образующихся веществ.
Связь n = m/M используют в задачах на состав вещества и химические реакции. Она позволяет перейти от взвешенной порции к количеству вещества, которое участвует в реакции.
Что именно считают в молях?
В молях считают количество структурных частиц вещества: атомов, молекул или ионов. Перед расчётом нужно уточнить, о каких именно частицах идёт речь.
Почему число Авогадро такое большое?
Атомы и молекулы чрезвычайно малы, поэтому даже крошечный образец содержит огромное их число. Постоянная Авогадро связывает удобные для измерения порции вещества с количеством отдельных частиц.
Чем количество вещества отличается от массы?
Масса показывает, сколько вещество весит, и обычно измеряется в граммах. Количество вещества показывает, сколько в образце частиц, и измеряется в молях.
Как найти молярную массу вещества по его формуле?
Сложи относительные атомные массы всех атомов, указанных в формуле. Индексы показывают, сколько атомов каждого элемента нужно учесть; результат молярной массы выражают в г/моль.
Как понять, какую формулу использовать для расчёта?
Если известны масса и молярная масса, используй n = m/M. Для массы применяй m = nM, а для числа частиц — N = nNₐ. Проверь, какие величины известны и в каких единицах они даны.
§ 36. Количество вещества. Моль. Молярная масса
