"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Количество вещества показывает, сколько частиц — атомов, молекул или формульных единиц — содержится в образце. Его обозначают n и измеряют в молях. Такая величина помогает считать огромное число частиц удобными одинаковыми порциями и связывает их число с массой вещества. Один моль содержит примерно 6,02 · 10²³ частиц. Чтобы переходить от массы к количеству вещества и обратно, используют молярную массу M, а число частиц находят с помощью постоянной Авогадро Nₐ.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Количество вещества обозначают n. Это величина, показывающая, сколько структурных частиц содержится в образце; частицами могут быть атомы, молекулы или формульные единицы. Количество вещества измеряют в молях, поэтому оно позволяет удобно описывать состав вещества без перечисления частиц по одной.
Моль — единица количества вещества. Один моль содержит столько частиц, сколько атомов находится в 0,012 кг углерода-12. Эта единица задаёт одинаковую по числу частиц порцию для любого вещества, хотя массы порций могут различаться.
Постоянная Авогадро Nₐ — число частиц в одном моле; её приближённое значение равно 6,02 · 10²³ моль⁻¹. Она нужна, чтобы пересчитывать количество вещества в число отдельных частиц и обратно. Значение Nₐ указывает, сколько частиц соответствует каждому молю.
Молярная масса M — масса одного моля вещества, её обычно выражают в г/моль. Буква M обозначает эту характеристику вещества, а единица показывает, сколько граммов приходится на один моль. С её помощью можно перейти от измеренной массы образца к количеству вещества.
Атомы и молекулы слишком малы, а их число в обычном образце чрезвычайно велико, поэтому пересчитывать их по одному неудобно. Моль работает как одинаковая большая порция: вместо записи огромного количества частиц можно указать число молей. При этом разные вещества в одном моле содержат одинаковое число частиц, но имеют разную массу.
Количество вещества n связывается с числом частиц N формулой N = nNₐ. Причина такой связи проста: каждый моль содержит Nₐ частиц, поэтому для нескольких молей число порций умножают на число частиц в каждой. Выбирать N нужно по смыслу задачи: для воды считают молекулы, для атомарного вещества — атомы, а для вещества с ионной структурой — формульные единицы.
Молярную массу находят по химической формуле: складывают относительные атомные массы всех элементов, учитывая количество атомов каждого элемента. Индекс показывает, сколько раз нужно взять атомную массу: например, в H₂O есть два атома водорода и один атом кислорода. Если индекса нет, атом элемента в формуле один.
Численное значение молярной массы в г/моль совпадает с относительной молекулярной или формульной массой. Это получается потому, что молярная масса относится к одному молю частиц, а относительная масса сравнивает массу молекулы или формульной единицы с принятой атомной единицей массы. Например, если относительная молекулярная масса равна 18, молярная масса будет 18 г/моль.
Масса образца m, количество вещества n и молярная масса M связаны равенством n = m/M. Оно означает, что массу можно разделить на массу одного моля и узнать, сколько таких порций получилось. Умножив обе части на M, получим m = nM; разделив массу на количество вещества, получим M = m/n.
| Величина | Обозначение | Что показывает | Единица измерения | Связь с другими величинами |
|---|---|---|---|---|
| Количество вещества | n | Число молей частиц в образце | моль | n = m/M; n = N/Nₐ |
| Число частиц | N | Количество атомов, молекул или формульных единиц | частицы (шт.) | N = nNₐ |
| Молярная масса | M | Массу одного моля вещества | г/моль | M = m/n |
| Масса образца | m | Массу взятой порции вещества | г | m = nM |
Сначала определите, какие величины известны и какую нужно найти. Для перехода между массой и количеством вещества используйте M, а для перехода к числу частиц — Nₐ. Перед вычислением проверьте единицы: в этой таблице масса дана в граммах, а молярная масса — в г/моль.
Задача 1. Сколько молекул содержится в 2 моль воды? Здесь известно количество вещества, а требуется число молекул. Поскольку речь идёт о воде, частицами считаем молекулы H₂O.
Ответ: примерно 1,204 · 10²⁴ молекул воды. Результат больше числа частиц в одном моле в два раза, потому что взято два моля.
Задача 2. Найти количество вещества в 18 г воды. Для перехода от массы к количеству вещества нужна молярная масса H₂O. Её сначала вычислим по формуле, а затем используем отношение массы образца к массе одного моля.
Ответ: в 18 г воды содержится 1 моль вещества. Граммы в числителе и г/моль в знаменателе дают результат в молях.
Задача 3. Какую массу имеют 0,5 моль углекислого газа и сколько это молекул? Нужно найти две величины, поэтому сначала используем молярную массу, а затем постоянную Авогадро. Частицами углекислого газа считаем молекулы CO₂.
Ответ: масса равна 22 г, а число молекул — примерно 3,01 · 10²³. Половина моля даёт половину массы и половину числа частиц, соответствующих одному молю.
Моль иногда принимают за единицу массы, потому что в задачах часто рядом стоят граммы и моли. Но моль измеряет количество вещества, а массу выражают, например, в граммах или килограммах. Проверьте себя: если ответ требуется в молях, величина должна обозначать количество порций частиц, а не тяжесть образца.
При подстановке в n = m/M можно оставить массу в миллиграммах или килограммах, хотя M дана в г/моль. Ошибка появляется из-за того, что обе величины выглядят как просто числа, но их единицы не согласованы. Перед вычислением переведите массу в граммы либо выразите молярную массу в совместимых единицах.
При вычислении молярной массы по формуле можно забыть индекс и взять атомную массу элемента только один раз. Так происходит, когда формулу читают как название, не разбирая число атомов. Проверьте каждый элемент отдельно: например, в H₂O масса водорода учитывается дважды, а кислорода — один раз.
Число частиц N иногда путают с количеством вещества n, поскольку обе величины описывают «сколько» вещества. Однако N считают в отдельных частицах, а n — в молях; для перехода между ними нужна Nₐ. Проверяйте обозначения и единицы: если в ответе получились моли, это n, а если число вроде 10²³ частиц — это N.
Для работы с количеством вещества нужно уметь читать химические формулы: распознавать символы элементов и понимать, что индекс показывает число атомов. Также понадобятся относительные атомные массы, по которым рассчитывают молярную массу. Поэтому перед вычислениями полезно проверить, правильно ли записана формула и учтены ли все её индексы.
Количество вещества связывает микромир частиц с измеряемыми в лаборатории массами. Позже оно понадобится при расчётах по уравнениям химических реакций: коэффициенты помогают сравнивать количества веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате. Формулы с M и Nₐ позволяют переходить от этих количеств к массе или числу частиц.
Чем количество вещества отличается от массы?
Количество вещества показывает, сколько порций частиц содержится в образце, и измеряется в молях. Масса показывает, насколько тяжёл образец, и обычно выражается в граммах или килограммах. Эти величины связаны формулой n = m/M.
Что именно считается частицами вещества?
В зависимости от вещества частицами считают атомы, молекулы или формульные единицы. Например, для воды считают молекулы H₂O, а для металла — атомы. Выбирают такие частицы, которые соответствуют составу вещества.
Сколько частиц содержится в одном моле?
В одном моле содержится примерно 6,02 · 10²³ частиц. Это число называют постоянной Авогадро и обозначают Nₐ. Чтобы найти число частиц в любом количестве вещества, умножают n на Nₐ.
Как найти молярную массу вещества по его формуле?
Сложите относительные атомные массы всех атомов, указанных в формуле, учитывая индексы. Например, для H₂O нужно сложить две массы атомов водорода и одну массу атома кислорода. Полученное численное значение указывают в г/моль.
Как выбрать формулу для перехода от массы к количеству вещества?
Если известны масса образца m и молярная масса M, используйте формулу n = m/M. Перед вычислением проверьте, что единицы согласованы: например, массу выразите в граммах, если M дана в г/моль.
4. Количество вещества
