Моль, молярная масса

В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль .

Моль - это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро

Постоянная Авогадро N A определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12 С:

Таким образом, 1 моль любого вещества содержит 6,02 10 23 частиц этого вещества.

1 моль кислорода содержит 6,02 10 23 молекул O 2 .

1 моль серной кислоты содержит 6,02 10 23 молекул H 2 SO 4 .

1 моль железа содержит 6,02 10 23 атомов Fe.

1 моль серы содержит 6,02 10 23 атомов S.

2 моль серы содержит 12,04 10 23 атомов S.

0,5 моль серы содержит 3,01 10 23 атомов S.

Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню ). Например, в образце вещества содержится 12,04 10 23 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:

В общем виде:

где N – число частиц данного вещества;
N а – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).

Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν , имеет размерность кг/моль или г/моль . Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе M r (для веществ атомного строения – относительной атомной массе A r).
Например, молярная масса метана CH 4 определяется следующим образом:

М r (CH 4) = A r (C) + 4 A r (H) = 12+4 =16

M(CH 4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH 4 содержат 6,02 10 23 молекул.

Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν , по формуле:

Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:

или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:

m = ν M

Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от M r и A r . Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m .

Пример
Вычислить массы метана CH 4 и этана С 2 H 6 , взятых в количестве ν = 2 моль каждого.

Решение
Молярная масса метана M(CH 4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С 2 Н 6) = 2 12+6=30 г/моль.
Отсюда:

m (CH 4) = 2 моль 16 г/моль = 32 г ;
m (С 2 Н 6) = 2 моль 30 г/моль = 60 г .

Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.

n (CH 4) = n (С 2 Н 6), но m (CH 4) < m (С 2 Н 6)

Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.

Взаимосвязь:

Образцы решения задач

Задача №1. Вычислите массу (г) железа, взятого количеством вещества 0, 5 моль? Дано:ν (Fe )=0,5 моль Найти: m (Fe ) - ? Решение: m = M · ν M (Fe ) = Ar (Fe ) = 56 г/моль (Из периодической системы) m (Fe ) = 56 г/моль · 0,5 моль = 28 г Ответ: m (Fe ) =28 г

Задача №2. Вычислите массу (г) 12,04· 10 23 молекул оксида кальция Ca О ? Дано: N (CaO )= 12,04 * 10 23 молекул Найти: m (СaO ) - ? Решение: m = M · ν , ν= N /N a , следовательно,формула для расчёта m = M · (N/N a) M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 г/ моль m = 56 г/моль · (12,04 * 10 23 /6.02 · 10 23 1/моль) = 112 г

Одной из основных единиц в Международной системе единиц (СИ) является единица количества вещества – моль.

Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц данного вещества (молекул, атомов, ионов и др.), сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода 12 С .

Учитывая, что значение абсолютной атомной массы для углерода равно m (C) = 1,99 · 10  26 кг, можно рассчитать число атомов углерода N А , содержащееся в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит одно и то же число частиц этого вещества (структурных единиц). Число структурных единиц, содержащихся в веществе количеством один моль равно 6,02·10 23 и называется числом Авогадро (N А ).

Например, один моль меди содержит 6,02·10 23 атомов меди (Cu), а один моль водорода (H 2) – 6,02·10 23 молекул водорода.

Молярной массой (M) называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

Молярная масса обозначается буквой М и имеет размерность [г/моль]. В физике пользуются размерностью [кг/кмоль].

В общем случае численное значение молярной массы вещества численно совпадает со значением его относительной молекулярной (относительной атомной) массы.

Например, относительная молекулярная масса воды равна:

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.

Молярная масса воды имеет ту же величину, но выражена в г/моль:

М (Н 2 О) = 18 г/моль.

Таким образом, моль воды, содержащий 6,02·10 23 молекул воды (соответственно 2·6,02·10 23 атомов водорода и 6,02·10 23 атомов кислорода), имеет массу 18 граммов. В воде, количеством вещества 1 моль, содержится 2 моль атомов водорода и один моль атомов кислорода.

1.3.4. Связь между массой вещества и его количеством

Зная массу вещества и его химическую формулу, а значит и значение его молярной массы, можно определить количество вещества и, наоборот, зная количество вещества, можно определить его массу. Для подобных расчетов следует пользоваться формулами:

где ν – количество вещества, [моль]; m – масса вещества, [г] или [кг]; М – молярная масса вещества, [г/моль] или [кг/кмоль].

Например, для нахождения массы сульфата натрия (Na 2 SO 4) количеством 5 моль найдем:

1) значение относительной молекулярной массы Na 2 SO 4 , представляющую собой сумму округленных значений относительных атомных масс:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) численно равное ей значение молярной массы вещества:

М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль,

3) и, наконец, массу 5 моль сульфата натрия:

m = ν · M = 5 моль · 142 г/моль = 710 г.

Ответ: 710.

1.3.5. Связь между объемом вещества и его количеством

При нормальных условиях (н.у.), т.е. при давлении р , равном 101325 Па (760 мм. рт. ст.), и температуре Т, равной 273,15 К (0 С), один моль различных газов и паров занимает один и тот же объем, равный 22,4 л.

Объем, занимаемый 1 моль газа или пара при н.у., называется молярным объемом газа и имеет размерность литр на моль.

V мол = 22,4 л/моль.

Зная количество газообразного вещества (ν) и значение молярного объема (V мол) можно рассчитать его объем (V) при нормальных условиях:

V = ν · V мол,

где ν – количество вещества [моль]; V – объем газообразного вещества [л]; V мол = 22,4 л/моль.

И, наоборот, зная объем (V ) газообразного вещества при нормальных условиях, можно рассчитать его количество (ν):

Количество вещества применяться для измерения макроскопических количеств веществ во многих естественных науках таких как, физика, химия, при изучении электролиза, в термодинамика, описывающая состояние идеального газа. Так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратным целым числам, то при описании химических реакций, использовать количества вещества удобнее, чем массу . Для того, чтобы понять, что такое количества вещества в химии, отметим, что у величины есть своя единица измерения.

Определение, единицы измерения, обозначение

Число аналогичных структурных единиц, содержащих в веществе (атомов, электронов, молекул, ионов и других частиц) и есть физическая величина — количество вещества . По международной системе единиц (СИ) измеряется количество вещества в [моль] , [кмоль] , [ммоль] , при использовании в расчетах, обозначается как (эн).

Применение, значение

В химии при написании химических уравнений, после знакомства законом постоянства массы веществ, становится понятно как использовать величину количества вещества и понятно ее значение. Например, в реакции горения водорода, его требуется 2 к 1 значению кислорода. Зная массу водорода, можно получить количества вещества кислорода, участвующего в реакции горения.

В реальных опытах вместо количества вещества «в штук» используют единицу измерения [моль] . Это сокращает соотношение исходных реактивов и упрощает вычисления. Фактически в 1 моле количество единиц вещества содержится 6 ·1023 моль −1 , что называться N A ] .

Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса , т.е отношение массы вещества к количеству к количеству молей этого вещества:

n = m/M ,

где m - масса вещества, M - молярная масса вещества.

Молярная масса измерятся в [ г/моль] .

Также молярная масса может быть найдена произведением молекулярной массы этого вещества на количество молекул в 1 моле -

Количество вещества газообразного определяют на основе его объема:

n = V / V m,

где где V - объём газа при нормальных условиях, а V m - молярный объем газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль по закону Авогадро.

Подводя итоги всех расчетов, можно вывести общую формулу для количества вещества :

Вычисления

Чтобы точнее понять, что такое количество вещества, решим простейшие задачи: какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке, массой m = 5,4 кг ?

При решении это задачи следует помнить, что молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, для нахождения которой понадобится таблица Менделеева, округляя значения: μ = 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль.

Таким образом, количество вещества находим путем простых вычислений:

n = m/μ = 5,4 кг/ 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль = 2⋅ 10-2 моль.

В физике также используется данная величина. Она нужна в молекулярной физике, где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона:

Поговорим о том, что такое количество вещества, как данный термин используется в предметах естественнонаучного цикла. Так как количественным отношениям в химии, физике отводится серьезное внимание, важно знать физический смысл всех величин, их единицы измерения, области применения.

Обозначение, определение, единицы измерения

В химии особое значение имеют количественные отношения. Для проведения расчетов по уравнениям используются специальные величины. Для того чтобы понять, что такое количество вещества в химии, дадим термину определение. которая характеризует число аналогичных структурных единиц (атомов, ионов, молекул, электронов), имеющихся в веществе. Чтобы понять, что такое количество вещества, отметим, что у данной величины есть свое обозначение. При проведении расчетов, подразумевающих применение этой величины, используют букву n. Единицы измерения - моль, кмоль, ммоль.

Значение величины

Восьмиклассники, которые еще не умеют писать химические уравнения, не знают, что такое количество вещества, как использовать данную величину в расчетах. После знакомства с законом постоянства массы веществ, становится понятно значение этой величины. К примеру, в реакции горения водорода в кислороде соотношение реагирующих веществ составляет два к одному. Если будет известна масса водорода, вступившего в процесс, можно определить количество кислорода, принявшего участие в химической реакции.

Применение формул на количество вещества позволяет сократить соотношение между исходными реактивами, упростить вычисления. Что такое количество вещества в химии? С точки зрения математических вычислений, это стереохимические коэффициенты, поставленные в уравнении. Именно их используют для того, чтобы проводить определенные вычисления. Та как считать количество молекул неудобно, то пользуются именно Молем. Используя можно рассчитать, что 1 моль любого реагента включает 6 ·1023 моль −1 .

Вычисления

Хотите понять, что такое количество вещества? В физике также используется данная величина. Она нужна в где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона. Чтобы выполнять любые количественные расчёты, применяется понятие

Под ней подразумевают ту массу, которая соответствует одному молю конкретного химического вещества. Определить молярную массу можно через (их сумму с учетом числа атомов в молекуле) или определить через известную массу вещества, его количество (моль).

Ни одна задача школьного курса химии, связанная с вычислениями по уравнению, не обходится без использования такого термина, как «количество вещества». Владея алгоритмом, можно справиться не только с обычными программными расчётами, но и со сложными олимпиадными заданиями. Помимо вычислений через массу вещества, также можно с помощью данного понятия, проводить вычисления через молярный объем. Это актуально в тех случаях, когда во взаимодействии принимают участие газообразные вещества.

Наиболее типичными процессами, осуществляемыми в химии, являются химические реакции, т.е. взаимодействия между какими-то исходными веществами, приводящие к образованию новых веществ. Вещества реагируют в определенных количественных отношениях, которые требуется учитывать, чтобы на получение желаемых продуктов затратить минимальное количество исходных веществ и не создавать бесполезных отходов производства. Для расчета масс реагирующих веществ оказывается необходимой еще одна физическая величина, которая характеризует порцию вещества с точки зрения числа содержащихся в ней структурных единиц. Само по себе эго число необычайно велико. Это очевидно, в частности, из примера 2.2. Поэтому в практических расчетах число структурных единиц заменяется особой величиной, называемой количеством вещества.

Количество вещества - это мера числа структурных единиц, определяемая выражением

где N(X) - число структурных единиц вещества X в реально или мысленно взятой порции вещества, N A = 6,02 10 23 - постоянная (число) Авогадро, широко используемая в науке, одна из фундаментальных физических постоянных. В случае необходимости можно использовать более точное значение постоянной Авогадро 6,02214 10 23 . Порция вещества, содержащая N a структурных единиц, представляет собой единичное количество вещества - 1 моль. Таким образом, количество вещества измеряется в молях, а постоянная Авогадро имеет единицу измерения 1/моль, или в другой записи моль -1 .

При всевозможных рассуждениях и расчетах, связанных со свойствами вещества и химическими реакциями, понятие количество вещества полностью заменяет понятие число структурных единиц. Благодаря этому отпадает необходимость использовать большие числа. Например, вместо того чтобы сказать «взято 6,02 10 23 структурных единиц (молекул) воды», мы скажем: «взят 1 моль воды».

Всякая порция вещества характеризуется как массой, так и количеством вещества.

Отношение массы вещества X к количеству вещества называется молярной массой М(Х):

Молярная масса численно равна массе 1 моль вещества. Это важная количественная характеристика каждого вещества, зависящая только от массы структурных единиц. Число Авогадро установлено таким, что молярная масса вещества, выраженная в г/моль, численно совпадает с относительной молекулярной массой М г Для молекулы воды М г = 18. Это значит, что молярная масса воды М(Н 2 0) = 18 г/моль. Пользуясь данными таблицы Менделеева, можно вычислять и более точные значения М г и М(Х), но в учебных задачах по химии это обычно не требуется. Из всего сказанного понятно, насколько просто рассчитать молярную массу вещества - достаточно сложить атомные массы в соответствии с формулой вещества и поставить единицу измерения г/моль. Поэтому формулу (2.4) практически используют для расчета количества вещества:

Пример 2.9. Рассчитайте молярную массу питьевой соды NaHC0 3 .

Решение. Согласно формуле вещества М г = 23 + 1 + 12 + 3 16 = 84. Отсюда, по определению, M(NaIIC0 3) = 84 г/моль.

Пример 2.10. Какое количество вещества составляют 16,8 г питьевой соды? Решение. M(NaHC0 3) = 84 г/моль (см. выше). По формуле (2.5)

Пример 2.11. Сколько толик (структурных единиц) питьевой соды находится в 16,8 г вещества?

Решение. Преобразуя формулу (2.3), находим:

AT(NaHC0 3) = N a n(NaHC0 3);

tt(NaHC0 3) = 0,20 моль (см. пример 2.10);

N(NaHC0 3) = 6,02 10 23 моль" 1 0,20 моль = 1,204 10 23 .

Пример 2.12. Сколько атомов находится в 16,8 г питьевой соды?

Решение. Питьевая сода, NaHC0 3 , состоит из атомов натрия, водорода, углерода и кислорода. Всего в структурной единице вещества 1 + 1 + 1+ 3 = 6 атомов. Как было найдено в примере 2.11, данная масса питьевой соды состоит из 1,204 10 23 структурных единиц. Поэтому общее число атомов в веществе составляет