§ 8. Кількість речовини. моль
З курсу фізики ви знаєте. як важливо при спостереженнях і вивченні явищ проводити вимірювання фізичних величин. Д. І. Менделєєв говорив: «Наука починається, коли починають вимірювати».
При вивченні фізичних явищ потрібно вимірювати масу, обсяг, довжину, температуру фізичних тіл і інші фізичні величини. При вивченні речовин і його властивостей велике значення має вимір фізкабінет-чеський величини, яка називається кількістю речовини.
Кількість речовини враховує число часток (атомів, молекул та інших), що входять в дану порцію речовини.
Кожна фізична величина має одиницю вимірювання. Для кількістю-ства речовини одиницею виміру є моль.
Один моль - це кількість речовини, в якому міститься 6-Ю 23 структурних елементів (атомів, молекул, груп атомів). 1 Число 6-Ю23 носить назву постійної Авогадро. Воно названо на честь італійського вченого Амедео Авогадро, який багато зробив для становлення атомно-мо-лекулярной теорії. Розмірність цієї постійної - 1 / моль. Вона означає число відрахованих одиниць (часток) в одному молі речовини. Постійна Авогадро позначається NA і більш точно дорівнює
Надалі ми будемо користуватися закругленим значенням по-постійної Авогадро 6 * 10 23 1 / моль.
Постійна Авогадро є дуже велике число. Його прочитати важко, а уявити ще важче. Тому вдамося до срав-рівняно.
1 «Моль» скороченню не підлягає, як назви інших одиниць (кілометр - км, грам - гіт. Д.). У поєднанні з числівником «моль» слід писати без зміни закінчення: 1 моль, 2 моль, 0,5 моль і т. Д. У промові слово «моль» слід схиляти: два благаючи, трьох молей і т. Д.
Відомо, що запас води в Мі-ровом океані становить 1,37 * 10 21 л. Якби ми спробували виміряти всю воду Світового океану склянки-ми, то отримали б приблизно 6,8 * 10 21 склянок. Це число дуже велике. але воно становить всього одну соту частку числа Авогадро. Тобто 6 * 10 23 склянок води набралося б на ста планетах, подібних до Землі.
Обчислення показують, що в столовій ложці води міститься близько 6 * 10 23 молекул. Тобто сто-ловая ложка містить приблизно 1 моль води. Якщо в склянку налити 3 столові ложки води, то ця порція складе 3 моль. У ній міститься близько 18 * 10 23 молекул, тобто в три рази більше, ніж в порції води кількістю речовини 1 моль.
1. Яка кількість речовини міститься в порції води. містить 6 * 10 24 молекул?
Ваші обчислення показали, що дана порція містить 10 моль води. Цей результат ви вирахували, поділивши число частинок в даній пор-ції речовини (N) на число частинок в 1 моль речовини, тобто на постоян-ву Авогадро (NА).
де п - кількість речовини, N - число часток в даній порції речовини.
Завдання 1. У 1 см 3 цинку знаходиться 6,5 * 10 22 атомів. Яка кількість цинку 2 укладено в зазначеному обсязі?
2 Надалі ми будемо в вираженні «кількість речовини» слово «речовини» замінювати назвою речовини, наприклад: «кількість цинку».
Для вирішення завдання скористаємося вищенаведеної формулою.
Ми розрахували, що в 1 см 3 цинку міститься приблизно 0,11 моль цієї речовини.
2. Тіло підлітка масою 55 кг містить приблизно 5 * 10 26 атомів вугле-роду. Яка кількість елемента вуглецю міститься в тілі підлітка?
З виведеної нами формули слід. що за відомим кількості речовини можна знайти число частинок в даній порції речовини.
Завдання 2. Відомо, що в стандартному шматочку рафінованого цукру міститься 0,015 моль сахарози (таке хімічна назва цукру). Скільки молекул сахарози міститься в шматочку рафінаду?
Для визначення числа молекул перетворимо вищенаведену фор-мулові.
Розрахунок показує, що в одному шматочку рафінованого цукру з-тримається 9-10 21 молекул.
3. В 1 м 3 повітря міститься 8,73 моль кисню і 32,54 моль азоту. Скільки молекул того і іншого газу міститься 1 м 3 повітря? У скільки разів молекул азоту в повітрі більше, ніж молекул кисню?
Для визначення кількості мо-лекулярного речовини враховують число молекул, а немолекулярного речовини - число атомів або груп атомів. Наприклад. в 1 моль кисло-роду міститься 6 * 10 23 молекул О2. в 1 моль заліза - 6 * 10 23 атомів Fe, в 1 моль оксиду кремнію - 6 * 10 23 груп атомів, відповідних формулою SiO2 (рис. 47).
Запитання і завдання
1. Що собою являє фізична величина «кількість речовини»?
2. Скільки атомів містить 2 моль заліза? 0,3 моль міді?
3. У склянці цукрового піску міститься близько 3 * 10 23 молекул сахарози. Яка кількість речовини міститься в склянці цукрового піску?
4. У 5 л азоту, виміряного при звичайних умовах (20 ° С і тиску 101,3 кПа), міститься 0,208 моль цієї речовини. Розрахуйте. скільки-ко молекул азоту міститься в 5 л цього газу. Який обсяг займе 1 моль азоту при зазначених умовах?
5. У сільничку насипали три столові ложки кухонної солі (хлориду натрію NaCl). У кожній ложці міститься приблизно 3,1 * 10 23 груп атомів, відповідних формулою. Яка кількість немолекулярного речовини хлориду натрію міститься в сільниці?
6. При спокійному диханні за один вдих в ліг-кі підлітка надходить приблизно 300 мл повітря, в якому міститься 0,0026 моль кисню. З цієї кількості кисню 22% поглинається легенями, решта види-ганить. Скільки молекул кисню поглинутої-ють легкі підлітка за один вдих? Скільки-ко молекул кисню він видихає?
Домашній експеримент
Виміряйте, скільки столових ложок води знаходиться в гранованих склянці. Яка кількість води міститься в склянці? Скільки приблизно молекул міститься в ста-кане води?
§ 9. Відносна молекулярна маса. молярна маса
Молекули різних речовин мають відмінності-ний склад. Оскільки вони складаються з різних атомів. то маси молекул різних речовин так-же різні. Порівняємо молекули води і сіро-водню (рис. 49). На перший погляд ці молі-кули однакові: вони мають однакове ладі-ня, в їх склад входять по два атома водню. Але молекула сірководню містить атом сірки, а молекула води - атом кисню.
1. Як ви думаєте, яка з молекул має велику масу?
З огляду на атомні маси кисню і сірки, можна з упевненістю сказати, що маса молекули сірководню більше маси молекули води.
2. Як можна довести це припущення математично?
Знаючи відносні атомні маси водню. кисню і сірки, мож-но обчислити молекулярні маси даних речовин. Для цього суму-руем атомні маси елементів.
В результаті ми отримали масу молекули води в атомних одиницях маси, або відносну молекулярну масу.
3. За моделлю молекули сірководню складіть його хімічну форму-лу і визначте відносну молекулярну масу.
Маса молекули води в грамах округлено дорівнює 3 * 10 -23 м Це дуже маленька маса, яку можна зважити на звичайних вагах, не можна відчути. Але можна виміряти масу не однієї молекули. а безлічі. Наприклад, ми можемо дізнатися, яку масу мають молекули в одному молі речовини.
М (Н2 Про) = 6 * 10 23 1 / моль • 3 * 10 -23 г = 18 г / моль
Сумарна маса всіх частинок, що містяться в 1 моль речовини, становить молярну масу.
Її розмірність г / моль позначається буквою М. Розмірність означає, яку масу має речовина кількістю 1 моль: 1 моль Н2 Про має масу 18 г.
Ви помітили, що відносна молекулярна і молярна маси чис-повільно збігаються? Це дає можливість знаходити молярну масу через молекулярну, не роблячи кожен раз громіздких розрахунків. Так, молярна маса простого речовини алюмінію чисельно дорівнює його атомній масі (27), тобто М (А1) = 27 г / моль.
4. Визначте молекулярну і молярну маси вуглекислого газу. Хімічну формулу вуглекислого газу складіть по моделі. наведеної на рис. 23.
Чи можна визначити відносну молекулярну масу немолеку-лярного речовини? «Ні», - відповісте ви і матимете рацію. Адже в немоле-кулярной речовинах немає молекул. Немолекулярное речовина характери-зуется тільки молярної масою. Вона дорівнює сумі мас усіх атомів, кото-які складають 6 * 10 23 структурних фрагментів. відповідних формулою речовини. Наприклад, молярна маса оксиду кремнію SiO2 дорівнює сумі мас 6 * 10 23 структурних фрагментів, що складаються з одного атома кремнію і двох атомів кисню (рис. 47).
Зі сказаного можна бачити, що один моль оксиду кремнію містить 6 * 10 23 атомів кремнію і в два рази більше атомів кисню - 12 * 10 23 до:
в 1 моль SiO2 міститься 6 * 10 23 атомів Si, тобто 1 моль атомів Si,
12 * 10 23 атомів О. тобто 2 моль атомів О.
Індекси в хімічній формулі складного речовини вказують так-же на кількість кожного елемента в 1 моль речовини.
Сумарна маса 6 * 10 23 атомів кремнію є молярною масою елемента кремнію, а сумарна маса 6 * 10 23 атомів кисню - молярною масою елемента кисню. Звідси можна обчислити молярну мас-су оксиду кремнію, склавши молярні маси елементів.
M (SiO2) = 28 г / моль + 16 г / моль + 16 г / моль = 28 г / моль + 2-16 г / моль = 60 г / моль
5. За рис. 47 визначте, які структурні елементи складають 1 моль хлориду алюмінію. Напишіть формулу і розрахуйте молярну масу цієї речовини.
Молярна маса дозволяє розраховувати масу будь-якої кількості речовини.
Завдання 1. Вода, що міститься в хімічному стакані. має масу 250 г. Яка кількість води в склянці?
Нам відомо, що молярна маса води рав-на 18 г / моль. Кількість речовини можна розрахувати, поділивши масу води в склянці на мо-лярні масу.
З наведеного розрахунку можна дійти висновку, що кількість речовини га, його маса т і молярна маса М пов'язані ставленням
Завдання 2. Для приготування розчину потрібно 5 моль сахарози. Яку масу сахарози треба зважити?
Для вирішення завдання потрібно знайти молекулярну масу сахарози за хімічною формулою С12 Н22 О11. а потім визначити молярну масу.
Мг (С12 Н22 О11) = 12 * 12 + 22 * 1 + 11 * 16 = 342
М (С12 Н22 О11) = 342 г / моль
Очевидно, маса п'яти молей сахарози буде в 5 разів більше його моляр-ної маси.
Запитання і завдання
1. Якими кількісними величинами характеризуються речовини?
2. Розрахуйте молекулярну і молярну маси хлору С12. сірки S8. ме-тана СН4; молярні маси оксиду міді СuО. карбонату кальцію СаСО3. Чому не можна визначити молекулярні маси для оксиду міді і карбонату кальцію?
3. Скільки атомів міститься в 1 см 3 заліза, цинку, срібла? Щільності цих металів відповідно рівні 7,87 г / см 3; 7,13 г / см 3; 10,5 г / см 3.
4. Найбільший кристал алмазу (проста речовина хімічного еле-та вуглецю С), знайдений в Якутії, розміром з кулак дорослої людини, має масу 300 г. Яка кількість речовини укладено в цьому кристалі? Скільки атомів вуглецю міститься в ньому?
5. Зважили 3,1 г фосфору і 3,6 г магнію. Чи однакові кількості взятих речовин?
6. Яку масу магнію необхідно зважити на терезах, щоб його кількістю-ство дорівнювало 0,35 моль?
8. Середня людина засвоює за добу 720 л кисню через легені. Скільки молекул кисню поглинають легені людини за добу? Пліт-ність кисню при 20 ° С і нормальному тиску дорівнює 1,33 г / л.