Кількість речовини
З курсу фізики ви знаєте, як важливо при спостереженнях та вивченні явищ проводити вимірювання фізичних величин. Д. І. Менделєєв говорив: "Наука починається, коли починають вимірювати".
Під час вивчення фізичних явищ потрібно вимірювати масу, обсяг, довжину, температуру фізичних тіл та інші фізичні величини. При вивченні речовин та його властивостей велике значення має вимір фізичної величини, яка називається кількістю речовини.
Кількість речовини враховує кількість частинок (атомів, молекул та інших), що входять до цієї порції речовини.
Кожна фізична величина має одиницю виміру. Для кількості речовини одиницею виміру ємоль.
Одна моль - це кількість речовини, в якій міститься6-Ю 23структурних елементів (атомів, молекул, груп атомів).1 Число6-Ю23зветьсяпостійної Авогадро.Воно названо на честь італійського вченого Амедео Авогадро, багато зробив для становлення атомно-молекулярної теорії. Розмірність цієї постійної – 1/моль. Вона означає кількість відлічених одиниць (часток) в одному молі речовини. Постійна Авогадро позначаєтьсяNAі точніше дорівнює
Надалі ми користуватимемося округленим значенням постійної Авогадро 6*10 23 1/моль.
Постійна Авогадро є дуже великою кількістю. Його прочитати важко, а уявити ще важче. Тому вдамося до порівняння.
1 «Міль» скорочення не підлягає, як назви інших одиниць (кілометр — км, грам — гіт. буд.). У поєднанні з чисельним «моль» слід писати без змінизакінчення: 1 моль, 2 моль, 0,5 моль тощо. буд. У мові слово «моль» слід схиляти: два моля, трьох молей і т. буд.
Відомо, що запас води у Світовому океані становить 1,37*1021 л. Якби ми спробували виміряти всю воду Світового океану склянками, то отримали б приблизно 6,8*1021 склянок. Це число дуже велике, але воно становить лише одну соту частку Авогадро. Тобто 6*10 23 склянки води набралося б на ста планетах, подібних до Землі.
Обчислення показують, що у їдальні ложці води міститься близько 6*10 23 молекул. Тобто їдальня ложка містить приблизно 1 моль води. Якщо в склянку налити 3 столові ложки води, то ця порція становитиме 3 моль. У ній міститься близько 18*10 23 молекул, тобто утричі більше, ніж у порції води кількістю речовини 1 моль.
1. Яка кількість речовини міститься в порції води, що містить 6*1024 молекул?
Ваші обчислення показали, що ця порція містить 10 моль води. Цей результат ви обчислили, поділивши число частинок у даній порції речовини(N)на число частинок в 1 моль речовини, тобто на постійну Авогадро(NА).
деп- кількість речовини,N- число частинок у цій порції речовини.
Завдання 1. У 1 см 3 цинку знаходиться 6,5*1022 атомів. Яка кількість цинку 2 міститься у вказаному обсязі?
2 Надалі ми будемо у виразі «кількість речовини» слово «речовини» замінювати назвою речовини, наприклад: «кількість цинку».
Для вирішення задачі скористаємося наведеною вище формулою.
Ми розрахували, що 1 см 3 цинку міститься приблизно 0,11 моль цієї речовини.
2. Тіло підлітка масою 55 кг містить приблизно 5*1026 атомів вуглецю. Яка кількість елемента вуглецю міститься у тілі підлітка?
З виведеної нами формули випливає, що за відомою кількістю речовини можна знайти число частинок цієї порції речовини.
Завдання 2. Відомо, що в стандартному шматочку рафінованого цукру міститься 0,015 моль сахарози (така хімічна назва цукру). Скільки молекул сахарози міститься у шматочку рафінаду?
Для визначення числа молекул перетворимо наведену вище формулу.
Розрахунок показує, що в одному шматочку рафінованого цукру міститься 9-1021 молекул.
3. У 1 м 3 повітря міститься 8,73 моль кисню та 32,54 моль азоту. Скільки молекул того та іншого газу міститься 1 м3 повітря? У скільки разів молекул азоту у повітрі більше, ніж молекул кисню?
Для визначення кількості молекулярної речовини враховують число молекул, а немолекулярної речовини число атомів або груп атомів. Наприклад, в 1 моль кисню 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, що відповідають формулі SiO2 (рис. 47).
Питання та завдання
1. Що таке фізична величина «кількість речовини»?
2. Скільки атомів містить 2 моль заліза? 0,3 моль міді?
3. У склянці цукрового піску міститься близько 3*1023 молекул сахарози. Яка кількість речовини міститься у склянці цукрового піску?
4. У 5 л азоту, виміряного за звичайних умов (20 °С і тиску 101,3 кПа), міститься 0,208 моль цієї речовини. Розрахуйте, скільки молекул азоту міститься у 5 л цього газу. Який обсяг займе 1 моль азоту за вказаних умов?
5. У сільничку насипали три столові ложки кухонної солі (хлориду натрію NaCl). У кожній ложці міститься приблизно 3,1 * 1023 груп атомів, відповідних формулі. Яка кількістьНемолекулярна речовина хлориду натрію міститься в сільничці?
6. При спокійному диханні за один вдих у легені підлітка надходить приблизно 300 мл повітря, в якому міститься 0,0026 моль кисню. З цієї кількості кисню 22% поглинається легкими, решта видихається. Скільки молекул кисню поглинають легені підлітка за один вдих? Скільки молекул кисню він видихає?
Домашній експеримент
Виміряйте, скільки столових ложок води знаходиться в гранчастій склянці. Яка кількість води міститься у склянці? Скільки приблизно молекул міститься у склянці води?
§ 9. Відносна молекулярна маса. Молярна маса
Молекули різних речовин мають різний склад. Оскільки вони складаються з різних атомів, маси молекул різних речовин також різні. Порівняємо молекули води та сірководню (рис. 49). На перший погляд ці молекули однакові: вони мають однакову будову, до їх складу входять два атоми водню. Але молекула сірководню містить атом сірки, а молекула води атом кисню.
1. Як ви вважаєте, яка з молекул має велику масу?
Враховуючи атомні маси кисню та сірки, можна з упевненістю сказати, що маса молекули сірководню більша за масу молекули води.
2. Як можна довести це припущення математично?
Знаючи відносні атомні маси водню, кисню та сірки, можна обчислити молекулярні маси даних речовин. Для цього підсумовуємо 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 формулу та визначте відносну молекулярну масу.
Маса молекули води в грамах заокруглено дорівнює3 * 10 -23 р. Це дуже маленька маса, яку не можна зважити на звичайних терезах, не можна відчути. Але можна виміряти масу не однієї молекули, а множини. Наприклад, ми можемо дізнатися, яку масу мають молекули в одному молі речовини.
М(Н2О) = 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 буквоюМ.Розмірність означає, яку масу має речовина кількістю 1 моль: 1 моль Н2О має масу 18 г.
Ви помітили, що відносна молекулярна та молярна маси чисельно збігаються? Це дозволяє знаходити молярну масу через молекулярну, не роблячи щоразу громіздких розрахунків. Так, молярна маса простої речовини алюмінію чисельно дорівнює його атомній масі (27), тобтоМ(А1) = 27 г/моль.
4. Визначте молекулярну та молярну маси вуглекислого газу. Хімічну формулу вуглекислого газу складіть за моделлю, наведеною на рис. 23.
Чи можна визначити відносну молекулярну масу немолекулярної речовини? «Ні», - відповісте ви і будете праві. Адже в немолекулярних речовин немає молекул. Немолекулярна речовина характеризується лише молярною масою. Вона дорівнює сумі мас всіх атомів, які становлять 6*10 23 структурних фрагментів, що відповідають формулі речовини. Наприклад, молярна маса оксиду кремнію SiO2 дорівнює сумі мас 6*10 23 структурних фрагментів, що складаються з одного атома кремнію та двох атомів кисню (рис. 47).
Зі сказаного можна бачити, що один моль оксиду кремнію містить 6*10 23 атомів кремнію і вдвічі більше атомів кисню — 12*10 23 :
в 1 моль SiO2 міститься 6*10 23 атомів Si, тобто 1 моль атомів Si,
12*10 23 атомів О, тобто2 моль атомівО.
Індекси у хімічній формулі складної речовини вказують також на кількість кожного елемента в 1 моль речовини.
Сумарна маса 6*1023 атомів кремнію є молярною масою елемента кремнію, а сумарна маса 6*1023 атомів кисню — молярною масою елемента кисню. Звідси можна визначити молярну масу 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 становлять 1 моль хлориду алюмінію. Напишіть формулу та розрахуйте молярну масу цієї речовини.
Молярна маса дозволяє розраховувати масу будь-якої кількості речовини.
Завдання1. Вода, що міститься в хімічній склянці, має масу 250 г. Яка кількість води у склянці?
Нам відомо, що молярна маса води дорівнює 18 г/моль. Кількість речовини можна розрахувати, поділивши масу води у склянці на молярну масу.
З наведеного розрахунку зробимо висновок, що кількість речовини га, її масатта молярна масаМпов'язані ставленням
Завдання 2.Для приготування розчину потрібно 5 моль сахарози. Яку масу сахарози потрібно зважити?
Для вирішення задачі потрібно знайти молекулярну масу сахарози за хімічною формулою С12Н22О11, а потім визначити молярну масу.
Очевидно, маса п'яти молей сахарози буде в 5 разів більша за його молярну масу.
Питання та завдання
1. Якими кількісними величинами характеризуються речовини?
2. Розрахуйте молекулярну та молярну маси хлору С12, сірки S8, метану СН4; молярні маси оксиду міді СуO, карбонату кальцію СаСО3. Чому не можна визначити молекулярні маси для оксиду міді такарбонату кальцію?
3. Скільки атомів міститься в 1 см 3 заліза, цинку, срібла? Щільності цих металів відповідно дорівнюють 7,87 г/см 3 ; 7,13 г/см 3 ; 10,5 г/см 3 .
4. Найбільший кристал алмазу (проста речовина хімічного елемента вуглецю С), знайдений у Якутії, розміром з кулак дорослої людини, має масу 300 г. Яка кількість речовини міститься в цьому кристалі? Скільки атомів вуглецю міститься в ньому?
5. Зважили 3,1 г фосфору та 3,6 г магнію. Чи однакові кількості взятих речовин?
6. Яку масу магнію необхідно зважити на терезах, щоб його кількість дорівнювала 0,35 моль?
7. Скільки коштує 1 моль кухонної солі NaCl? 1 моль сахарози С12Н22О11?