Molis, molinė masė

Smulkiausios dalelės – molekulės, atomai, jonai, elektronai – dalyvauja cheminiuose procesuose. Tokių dalelių skaičius net mažoje medžiagos dalyje yra labai didelis. Todėl, siekiant išvengti matematinių operacijų su dideliais skaičiais, cheminėje reakcijoje dalyvaujančios medžiagos kiekiui apibūdinti naudojamas specialus vienetas - apgamas.

apgamas- tai toks medžiagos kiekis, kuriame yra tam tikras dalelių (molekulių, atomų, jonų) skaičius, lygus Avogadro konstantai

Avogadro konstanta NA apibrėžiama kaip atomų, esančių 12 g 12 C izotopo, skaičius:

Taigi 1 molyje bet kurios medžiagos yra 6,02 10 23 šios medžiagos dalelės.

1 molis deguonies yra 6,02 10 23 O 2 molekulės.

1 molis sieros rūgšties yra 6,02 10 23 H 2 SO 4 molekulės.

1 molis geležies yra 6,02 10 23 Fe atomai.

1 molis sieros yra 6,02 10 23 S atomai.

2 moliai sieros yra 12,04 10 23 S atomai.

0,5 mol sieros yra 3,01 10 23 S atomai.

Remiantis tuo, bet koks medžiagos kiekis gali būti išreikštas tam tikru molių skaičiumi ν (nuogas). Pavyzdžiui, medžiagos mėginyje yra 12,04 10 23 molekulės. Todėl medžiagos kiekis šiame mėginyje yra:

Apskritai:

kur Nyra tam tikros medžiagos dalelių skaičius;
N a- dalelių, kuriose yra 1 molis medžiagos, skaičius (Avogadro konstanta).

Medžiagos molinė masė (M) yra masė, kurią turi 1 molis tam tikros medžiagos.
Ši vertė, lygi masės santykiui m medžiaga pagal medžiagos kiekį ν , turi matmenis kg/mol arba g/mol. Molinė masė, išreikšta g / mol, yra skaitinė lygi santykinei molekulinei masei M r (atominės struktūros medžiagoms - santykinei atominei masei Ar r).
Pavyzdžiui, metano CH 4 molinė masė apibrėžiama taip:

M r (CH 4) \u003d A r (C) + 4 A r (H) \u003d 12 + 4 \u003d 16

M(CH4) \u003d 16 g/mol, t.y. 16 g CH 4 yra 6,02 10 23 molekulės.

Medžiagos molinę masę galima apskaičiuoti, jei žinoma jos masė m ir kiekis (molių skaičius) ν , pagal formulę:

Atitinkamai, žinodami medžiagos masę ir molinę masę, galime apskaičiuoti jos molių skaičių:

arba suraskite medžiagos masę pagal molių skaičių ir molinę masę:

m = ν M

Pažymėtina, kad medžiagos molinės masės reikšmę lemia jos kokybinė ir kiekybinė sudėtis, t.y. priklauso nuo M r ir A r. Todėl skirtingos medžiagos, turinčios tą patį apgamų skaičių, turi skirtingą masę. m.

Pavyzdys
Apskaičiuokite paimto metano CH 4 ir etano C 2 H 6 mases ν = po 2 molius.

Sprendimas
Metano M(CH 4) molinė masė yra 16 g/mol;
etano molinė masė M (C 2 H 6) \u003d 2 12 + 6 \u003d 30 g / mol.
Iš čia:

m(CH 4) \u003d 2 mol 16 g / mol \u003d 32 g;
m(C 2 H 6) \u003d 2 mol 30 g / mol \u003d 60 g.

Taigi, molis yra medžiagos dalis, turinti tą patį dalelių skaičių, bet turinti skirtingą masę skirtingoms medžiagoms, nes medžiagos dalelių (atomų ir molekulių) masė nėra vienoda.

n(CH4) = n(C 2 H 6), bet m(CH 4) < m (C 2 H 6)

skaičiavimas ν naudojamas beveik visose skaičiavimo problemose.

Santykiai:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

Užduotis numeris 1. Apskaičiuokite geležies masę (g) pagal medžiagos kiekį 0,5 molio? Duota: ν (Fe) \u003d 0,5 mol Rasti: m(Fe) - ? Sprendimas: m = M ν M (Fe) \u003d Ar (Fe) \u003d 56 g / mol (Iš periodinės sistemos) m (Fe) \u003d 56 g / mol 0,5 mol \u003d 28 g Atsakymas: m (Fe) \u003d 28 g

Užduotis numeris 2. Apskaičiuokite masę (g) 12,04 10 23 oksidų molekulėskalcioCaO? Duota: N (CaO) \u003d 12,04 * 10 23 molekulės Rasti: m (CaO) - ? Sprendimas: m \u003d M ν, ν \u003d N /N a, todėl skaičiavimo formulė m = M (N/N a) M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 g/mol m \u003d 56 g / mol (12,04 * 10 23 / 6,02 10 23 1 / mol) \u003d 112 g

Vienas iš pagrindinių Tarptautinės vienetų sistemos (SI) vienetų yra medžiagos kiekio vienetas yra molis.

apgamas – tai toks medžiagos kiekis, kuriame yra tiek tam tikros medžiagos struktūrinių vienetų (molekulių, atomų, jonų ir kt.), kiek anglies atomų yra 0,012 kg (12 g) anglies izotopo 12 NUO .

Atsižvelgiant į tai, kad anglies absoliučios atominės masės vertė yra m(C) \u003d 1,99 10  26 kg, galite apskaičiuoti anglies atomų skaičių N BET yra 0,012 kg anglies.

Bet kurios medžiagos molyje yra tiek pat šios medžiagos dalelių (struktūrinių vienetų). Struktūrinių vienetų, esančių medžiagoje, kurios kiekis yra vienas molis, skaičius yra 6,02 10 23 ir paskambino Avogadro numeris (N BET ).

Pavyzdžiui, viename molyje vario yra 6,02 10 23 vario atomai (Cu), o viename molyje vandenilio (H 2) yra 6,02 10 23 vandenilio molekulės.

molinė masė(M) yra medžiagos, paimtos 1 mol kiekiu, masė.

Molinė masė žymima raide M ir turi vienetą [g/mol]. Fizikoje naudojamas matmuo [kg/kmol].

Bendruoju atveju medžiagos molinės masės skaitinė reikšmė skaitiniu požiūriu sutampa su jos santykinės molekulinės (santykinės atominės) masės reikšme.

Pavyzdžiui, santykinė vandens molekulinė masė yra:

Ponas (H 2 O) \u003d 2Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 ∙ 1 + 16 \u003d 18 val.

Vandens molinė masė yra tokia pati, bet išreiškiama g/mol:

M (H2O) = 18 g/mol.

Taigi vandens molis, kuriame yra 6,02 10 23 vandens molekulės (atitinkamai 2 6,02 10 23 vandenilio atomai ir 6,02 10 23 deguonies atomai), yra 18 gramų masės. 1 molyje vandens yra 2 moliai vandenilio atomų ir 1 molis deguonies atomų.

1.3.4. Medžiagos masės ir jos kiekio santykis

Žinant medžiagos masę ir jos cheminę formulę, taigi ir jos molinės masės reikšmę, galima nustatyti medžiagos kiekį ir, atvirkščiai, žinant medžiagos kiekį, galima nustatyti jos masę. Tokiems skaičiavimams turėtumėte naudoti formules:

čia ν yra medžiagos kiekis, [mol]; m yra medžiagos masė [g] arba [kg]; M yra medžiagos molinė masė [g/mol] arba [kg/kmol].

Pavyzdžiui, norėdami rasti 5 mol natrio sulfato (Na 2 SO 4) masę, randame:

1) Na 2 SO 4 santykinės molekulinės masės vertė, kuri yra santykinių atominių masių suapvalintų verčių suma:

ponas (Na 2 SO 4) \u003d 2Ar (Na) + Ar (S) + 4Ar (O) \u003d 142,

2) medžiagos molinės masės vertė, skaitinė jai lygi:

M (Na2SO4) = 142 g/mol,

3) ir galiausiai 5 mol natrio sulfato masė:

m = ν M = 5 mol 142 g/mol = 710 g

Atsakymas: 710.

1.3.5. Medžiagos tūrio ir jos kiekio santykis

Įprastomis sąlygomis (n.o.), t.y. esant slėgiui R , lygus 101325 Pa (760 mm Hg), ir temperatūra T, lygus 273,15 K (0 С), vienas molis įvairių dujų ir garų užima tą patį tūrį, lygų 22,4 l.

Tūris, kurį užima 1 molis dujų arba garų, esant n.o., vadinamas molinis tūrisdujų ir jo matmuo yra litras vienam moliui.

V mol \u003d 22,4 l / mol.

Žinant dujinės medžiagos kiekį (ν ) ir molinė tūrio vertė (V mol) galite apskaičiuoti jo tūrį (V) įprastomis sąlygomis:

V = ν V mol,

čia ν yra medžiagos kiekis [mol]; V – dujinės medžiagos tūris [l]; V mol \u003d 22,4 l / mol.

Ir atvirkščiai, žinant garsumą ( V) dujinės medžiagos normaliomis sąlygomis, galite apskaičiuoti jos kiekį (ν) :

Medžiagos kiekis gali būti naudojamas makroskopiniams medžiagų kiekiams matuoti daugelyje gamtos mokslų, tokių kaip fizika, chemija, tiriant elektrolizę, termodinamiką, kuri apibūdina idealių dujų būseną. Kadangi molekulės sąveikauja nepriklausomai nuo jų masės dydžiais, kurie yra sveikųjų skaičių kartotiniai, aprašant chemines reakcijas, patogiau naudoti medžiagos kiekius nei masę. Norėdami suprasti, koks yra medžiagos kiekis chemijoje, pažymime, kad kiekis turi savo matavimo vienetą.

Apibrėžimas, matavimo vienetai, žymėjimas

Panašių struktūrinių vienetų, kuriuose yra medžiagos (atomų, elektronų, molekulių, jonų ir kitų dalelių), skaičius yra fizinis kiekis – medžiagos kiekis. Tarptautinė vienetų sistema (SI) matuoja medžiagos kiekį [mol],[kmol],[mmol], kai naudojamas skaičiavimuose, žymimas kaip (en).

Taikymas, prasmė

Chemijoje rašant chemines lygtis, susipažinus su medžiagų masės pastovumo dėsniu, aiškėja, kaip panaudoti medžiagos kiekio dydį ir aiški jo reikšmė. Pavyzdžiui, vandenilio degimo reakcijoje jam reikia 2–1 deguonies vertės. Žinant vandenilio masę, galima gauti degimo reakcijoje dalyvaujančios deguonies medžiagos kiekį.

Realiuose eksperimentuose vietoj medžiagos kiekio „gabalais“ naudojamas matavimo vienetas [mol]. Tai sumažina pradinių reagentų santykį ir supaprastina skaičiavimus. Tiesą sakant, 1 mole medžiagos vienetų skaičiuje yra 6 1023 mol –1, kuris vadinamas N A].

Norėdami apskaičiuoti medžiagos kiekį pagal jos masę, naudokite sąvoką molinė masė t.y. medžiagos masės ir kiekio santykis su šios medžiagos molių skaičiumi:

n = m/M,

čia m – medžiagos masė, M – medžiagos molinė masė.

Molinė masė išmatuota [g/mol].

Taip pat molinė masė galima rasti pagal molekulinė masėšios medžiagos pagal molekulių skaičių 1 molyje -

Dujinės medžiagos kiekis nustatomas pagal jo tūrį:

n = V / Vm,

čia V yra dujų tūris normaliomis sąlygomis ir V m – molinis tūris dujų tomis pačiomis sąlygomis, lygus 22,4 l/mol pagal Avogadro dėsnį.

Susumavus visus skaičiavimus, galime padaryti išvadą bendroji medžiagos kiekio formulė:

Kompiuterija

Norėdami tiksliau suprasti, koks yra medžiagos kiekis, išspręsime paprasčiausias problemas: kiek medžiagos yra aliuminio liejinyje, sveriant. m = 5,4 kg?

Sprendžiant šį uždavinį, reikia atsiminti, kad molinė masė skaitine prasme yra lygi santykinei molekulinei masei, kuriai surasti reikės periodinės lentelės, apvalinant reikšmes: μ = 2,7 ⋅ 10-2 kg/mol.

Taigi, medžiagos kiekis randamas paprastais skaičiavimais:

n \u003d m / μ \u003d 5,4 kg / 2,7 ⋅ 10-2 kg / mol \u003d 2 10-2 mol.

Fizikoje šis dydis taip pat naudojamas. Jis reikalingas molekulinėje fizikoje, kur dujinių medžiagų slėgis ir tūris apskaičiuojami pagal Mendelejevo-Klapeirono lygtį:

Pakalbėkime apie tai, koks toks medžiagos kiekis kaip šis terminas vartojamas gamtos mokslų ciklo dalykuose. Kadangi chemijoje ir fizikoje rimtas dėmesys skiriamas kiekybiniams ryšiams, svarbu žinoti visų dydžių fizikinę reikšmę, jų matavimo vienetus ir taikymo sritis.

Pavadinimas, apibrėžimas, matavimo vienetai

Chemijoje ypač svarbūs kiekybiniai ryšiai. Skaičiavimams pagal lygtis atlikti naudojami specialūs dydžiai. Norėdami suprasti, koks yra medžiagos kiekis chemijoje, apibrėžkime terminą. kuri apibūdina panašių struktūrinių vienetų (atomų, jonų, molekulių, elektronų), esančių medžiagoje, skaičių. Norėdami suprasti, koks yra medžiagos kiekis, pažymime, kad šis kiekis turi savo pavadinimą. Atlikdami skaičiavimus, kuriuose naudojama ši vertė, naudokite raidę n. Matavimo vienetai – mol, kmol, mmol.

Kiekio vertė

Aštuntokai, kurie dar nemoka rašyti cheminių lygčių, nežino, koks yra medžiagos kiekis, kaip šį kiekį panaudoti skaičiavimuose. Susipažinus su medžiagų masės pastovumo dėsniu, paaiškėja šio dydžio reikšmė. Pavyzdžiui, vandenilio degimo reakcijoje deguonyje reagentų santykis yra du su vienu. Jei žinoma į procesą patekusio vandenilio masė, galima nustatyti deguonies kiekį, kuris dalyvavo cheminėje reakcijoje.

Medžiagos kiekio formulių naudojimas leidžia sumažinti pradinių reagentų santykį ir supaprastinti skaičiavimus. Koks yra medžiagos kiekis chemijoje? Matematinių skaičiavimų požiūriu tai yra stereocheminiai koeficientai, įtraukti į lygtį. Jie naudojami tam tikriems skaičiavimams atlikti. Kadangi nepatogu skaičiuoti molekulių skaičių, naudojamas būtent Mole. Naudodamiesi juo galite apskaičiuoti, kad 1 molis bet kurio reagento apima 6 1023 mol –1.

Kompiuterija

Ar norite suprasti, koks yra medžiagos kiekis? Fizikoje šis dydis taip pat naudojamas. Jis reikalingas ten, kur dujinių medžiagų slėgis ir tūris apskaičiuojami pagal Mendelejevo-Klapeirono lygtį. Norint atlikti bet kokius kiekybinius skaičiavimus, taikoma koncepcija

Tai reiškia masę, atitinkančią vieną molį tam tikros cheminės medžiagos. Galite nustatyti molinę masę (jų sumą, atsižvelgiant į atomų skaičių molekulėje) arba pagal žinomą medžiagos masę nustatyti jos kiekį (mol).

Nei viena mokyklinio chemijos kurso užduotis, susijusi su skaičiavimais pagal lygtį, nėra atlikta be tokio termino kaip „medžiagos kiekis“. Žinodami algoritmą, galite susidoroti ne tik su įprastais programinės įrangos skaičiavimais, bet ir su sudėtingomis olimpiados užduotimis. Be skaičiavimų pagal medžiagos masę, taikant šią sąvoką taip pat galima atlikti skaičiavimus pagal molinį tūrį. Tai aktualu tais atvejais, kai sąveikoje dalyvauja dujinės medžiagos.

Tipiškiausi chemijoje atliekami procesai yra cheminės reakcijos, t.y. kai kurių pradinių medžiagų sąveika, dėl kurios susidaro naujos medžiagos. Medžiagos reaguoja tam tikrais kiekybiniais ryšiais, į kuriuos reikia atsižvelgti norint gauti norimus produktus naudojant minimalų pradinių medžiagų kiekį ir nesudaryti nenaudingų gamybos atliekų. Norint apskaičiuoti reaguojančių medžiagų mases, paaiškėja, kad reikia dar vieno fizinio dydžio, kuris apibūdina medžiagos dalį pagal joje esančių struktūrinių vienetų skaičių. Pats savaime ego skaičius yra neįprastai didelis. Tai akivaizdu, ypač iš 2.2 pavyzdžio. Todėl praktiniuose skaičiavimuose struktūrinių vienetų skaičius pakeičiamas specialia reikšme, vadinama kiekis medžiagų.

Medžiagos kiekis yra struktūrinių vienetų skaičiaus matas, nustatomas pagal išraišką

kur N(X)- medžiagos struktūrinių vienetų skaičius X tikroje arba mintyse vartojamoje medžiagos dalyje, N A = 6,02 10 23 – Avogadro konstanta (skaičius), plačiai naudojama moksle, viena iš pagrindinių fizikinių konstantų. Jei reikia, galima naudoti tikslesnę Avogadro konstantos reikšmę 6,02214 10 23. Medžiagos dalis, kurioje yra N a struktūriniai vienetai, reiškia vieną medžiagos kiekį – 1 mol. Taigi, medžiagos kiekis matuojamas moliais, o Avogadro konstantos vienetas yra 1/mol arba kitu žymėjimu mol -1.

Su visokiais samprotavimais ir skaičiavimais, susijusiais su medžiagos savybėmis ir cheminėmis reakcijomis, sąvoka medžiagos kiekis visiškai pakeičia sąvoką struktūrinių padalinių skaičius. Tai pašalina poreikį naudoti didelius skaičius. Pavyzdžiui, užuot sakę „paėmė 6,02 10 23 struktūrinius vienetus (molekules) vandens“, sakome: „paėmė 1 molį vandens“.

Kiekviena medžiagos dalis apibūdinama ir medžiagos mase, ir kiekiu.

Medžiagos masės santykisXiki medžiagos kiekio vadinama moline maseM(X):

Molinė masė skaičiais lygi 1 mol medžiagos masei. Tai svarbi kiekvienos medžiagos kiekybinė charakteristika, priklausanti tik nuo struktūrinių vienetų masės. Avogadro skaičius nustatomas taip, kad medžiagos molinė masė, išreikšta g / mol, skaičiais sutampa su santykine molekuline mase M g Dėl vandens molekulės M g = 18. Tai reiškia, kad vandens molinė masė yra M (H 2 0) \u003d 18 g / mol. Naudojant periodinės lentelės duomenis galima apskaičiuoti tikslesnes reikšmes M g ir M(X), bet atliekant chemijos mokymo užduotis dažniausiai to nereikia. Iš viso to, kas pasakyta, aišku, kaip lengva apskaičiuoti medžiagos molinę masę - pakanka sudėti atomines mases pagal medžiagos formulę ir įdėti vienetą g / mol. Todėl medžiagos kiekiui apskaičiuoti praktiškai naudojama formulė (2.4):

2.9 pavyzdys. Apskaičiuokite kepimo sodos NaHC0 3 molinę masę.

Sprendimas. Pagal medžiagos formulę M g = 23 + 1 + 12 + 3 16 = 84. Vadinasi, pagal apibrėžimą M(NaIIC03) = 84 g/mol.

2.10 pavyzdys. Koks medžiagos kiekis yra 16,8 g kepimo sodos? Sprendimas. M(NaHC03) = 84 g/mol (žr. aukščiau). Pagal formulę (2.5)

2.11 pavyzdys. Kiek frakcijų (struktūrinių vienetų) geriamosios sodos yra 16,8 g medžiagos?

Sprendimas. Transformuodami formulę (2.3), randame:

AT(NaHC03) = N a n(NaHC03);

tt(NaHC03) = 0,20 mol (žr. 2.10 pavyzdį);

N (NaHC0 3) = 6,02 10 23 mol "1 0,20 mol \u003d 1,204 10 23.

2.12 pavyzdys. Kiek atomų yra 16,8 g kepimo sodos?

Sprendimas. Kepimo soda, NaHC03, sudaryta iš natrio, vandenilio, anglies ir deguonies atomų. Iš viso materijos struktūriniame vienete yra 1 + 1 + 1 + 3 = 6 atomai. Kaip buvo nustatyta 2.11 pavyzdyje, ši geriamosios sodos masė susideda iš 1,204 10 23 struktūrinių vienetų. Todėl bendras atomų skaičius medžiagoje yra