что такое моль и молярная масса

Урок 5. Моль и молярная масса

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Единица измерения количества вещества

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10 23 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10 23 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12 C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10 23 ).

Молярная масса вещества

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N_A — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н₂, Н₂O, СН₃ОН, октана (С₈Н₁₈) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10 23 ; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N_A. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10 23 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10 23 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O₂?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10 23 молекул) O₂ имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O₂:

Пример 3. 1 молекула Н₂ реагирует с 1 молекулой Сl₂, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H₂ и Cl₂ равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H₂ содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl₂ содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H₂. Сколько же граммов Cl₂ содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl₂ равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H₂ и Cl₂ принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10 23 молекул/моль, что равно 2,99·10 26 молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Источник

Урок 9. Молярная масса и молярный объем

В уроке 9 «Молярная масса и молярный объем» из курса «Химия для чайников» выясним, что подразумевается под молярной массой и молярным объемом; приведем формулы для их вычисления. Напоминаю, что в прошлом уроке «Химическое количество вещества и моль» мы выяснили, что такое химическое количество вещества; рассмотрели моль в качестве единицы количества вещества, а также познакомились с постоянной Авогадро.

Молярная масса

Вы знаете, что одинаковое химическое количество любых веществ содержит одно и то же число структурных единиц. Но у каждого вещества его структурная единица имеет собственную массу. Поэтому и массы одинаковых химических количеств различных веществ тоже будут различны.

Молярная масса — это масса порции вещества химическим количеством 1 моль.

В Международной системе единиц молярная масса выражается в кг/моль. В химии чаще используется дольная единица — г/моль.

Определим молярную массу углерода. Масса углерода химическим количеством 1 моль равна 0,012 кг, или 12 г. Отсюда:

Молярная масса любого вещества, если она выражена в г/моль, численно равна его относительной молекулярной (формульной) массе.

На рисунке 47 показаны образцы веществ (H₂O, CaCO₃, Zn), химическое количество которых одно и то же — 1 моль. Как видите, массы разных веществ химическим количеством 1 моль различны.

Молярная масса является важной характеристикой каждого отдельного вещества. Она отражает зависимость между массой и химическим количеством вещества. Зная одну из этих величин, можно определить вторую — массу по химическому количеству:

и, наоборот, химическое количество по массе:

а также число структурных единиц:

Взаимосвязь между этими тремя характеристиками вещества в любом его агрегатном состоянии можно выразить простой схемой:

Молярный объем

Подобно молярной массе, молярный объем газа равен отношению объема данного газообразного вещества V(Х) к его химическому количеству n(Х) :

Так как объем газа зависит от температуры и давления, то при проведении различных расчетов берутся обычно объемы газов при нормальных условиях (сокращенно — н. у.). За нормальные условия принимаются температура 0 °С и давление 101,325 кПа.

Установлено, что при нормальных условиях отношение объема любой порции газа к химическому количеству газа есть величина постоянная и равная 22,4 дм 3 /моль. Другими словами, молярный объем любого газа при нормальных условиях:

Пример 1. Вычислите химическое количество SiO₂, масса которого равна 240 г.

Пример 2. Определите массу серной кислоты H₂SO₄, химическое количество которой 2,5 моль.

Пример 3. Сколько молекул CO₂ и сколько атомов кислорода содержится в углекислом газе массой 110 г?

Пример 4. Какой объем занимает кислород химическим количеством 5 моль при нормальных условиях?

Краткие выводы урока:

Надеюсь урок 9 «Молярная масса и молярный объем» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Данный урок был заключительным в главе «Основные химические понятия».

Источник

Молекулярная физика. Моль. Постоянная Авогадро. Количество вещества.

Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной (молекулярной) массе.

Моль — единица количества вещества в СИ (одна из основных единиц СИ).

В 1 моле содержится столько молекул (атомов или других частиц вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг нуклида углерода 12 С с атомной массой 12.

Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул.

Число это называется постоянной Авогадро и обозначается N_A:

Постоянная Авогадро (число Авогадро) — это число атомов (молекул, или других структурных элементов вещества), содержащихся в 1 моле.

Постоянная Авогадро — одна из фундаментальных физических констант. Она входит в некоторые другие постоянные, например, в постоянную Больцмана.

Количество вещества.

Количество вещества — это число частиц вещества (атомов, молекул), выраженное в молях. Учитывая определение моля и числа Авогадро, можно сказать, что количество вещества v равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро N_A, т.е. к числу молекул в 1 моле вещества:

.

Источник

Что такое моль и молярная масса

Письмо с инструкцией по восстановлению пароля
будет отправлено на вашу почту

В химической практике, имея дело с веществами, а не с отдельными атомами или молекулами, химики редко используют массы, измеряемые в атомных единицах. Масса порции реагирующих веществ или продуктов реакции чаще измеряется в граммах или в более крупных единицах.

Чтобы перейти от молекул к порциям веществ, воспользуемся единицей измерения, которая называется моль.

Химик и физик из Франции Жозеф Луи Гей-Люссак в 1808 году изучал интересную химическую реакцию, в которой в результате взаимодействия двух газов – хлороводорода и аммиака – получалось кристаллическое вещество – хлорид аммония.

Оказалось, что для реакции требуются одинаковые объемы хлороводорода и аммиака. Если одного из этих газов вначале будет больше, то по окончании реакции этот избыток оставался неиспользованным.

Гей-Люссак привел свои наблюдения в статье, но никаких выводов из них не сделал. Важные заключения через три года привел итальянский химик Амедео Авогадро. В 1811 году, в результате экспериментов и расчетов, Авогадро пришел к мысли, что равные объемы газов, находящихся при одинаковых условиях, содержат одно и то же число молекул.

Гипотеза Авогадро долго считалась спорной, поскольку не подтверждалась расчетами, основанными на ошибочном мнении о немолекулярном строении простых газообразных веществ. Однако в 1865 году австрийский физик и химик Иоганн Лошмидт предпринял попытку рассчитать число молекул газа в заданном объеме.

Когда гипотеза Авогадро была признана, ученые получили возможность правильно определять состав молекул химических соединений, рассчитывать атомные и молекулярные массы. Эти знания позволяли легко рассчитывать массовые соотношения веществ в химических реакциях. Пользоваться этими соотношения очень удобно: измеряя массу веществ в граммах, ученые как бы оперировали молекулами.

Количество вещества, численно равное относительной молекулярной массе, но выраженное в граммах, назвали грамм-молекулой или молем.

Слово «моль» придумал в начале XX века немецкий физико-химик, лауреат Нобелевской премии Вильгельм Оствальд. Слово происходит от слова «молекула».

Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.

Согласно Международной системе единиц СИ моль является единицей измерения особой физической величины – количества вещества. Под количеством вещества (обозначается греческой буквой ν) понимают число структурных единиц этого вещества (атомов, молекул и др.).

Самое важное заключается в том, что 1 моль любого вещества содержит одно и то же число молекул. Это число называется постоянной или числом Авогадро. Она обозначается символом NA. Постоянная Авогадро рассчитана давно и представляет собой очень большое число.

Если массу 1 моля углерода 12 г/моль разделить на массу 1 атома углерода 1,99ž10-23 г, то получится число, равное 6,02·1023. Поскольку это число обозначает количество частиц в 1 моле, единицы его пишут как 1/моль, моль-1 или обратный моль.

Чтобы как-то представить это число, скажем лишь, что оно больше, чем число стаканов воды, которое содержится в Мировом океане, а 6,02·1023 зёрен пшеницы имели бы массу порядка 2·1016 тонн.

Для сбора такого урожая потребовалось бы более 2 миллионов лет. Из примеров ясно: применение числа Авогадро для отсчета макротел бессмысленно. Главное его назначение – определение количества частиц (атомов и молекул) микромира и связь единиц микро и макромира.

Зная количество вещества, можно судить о числе частиц в определенной его порции и брать вещества для реакций в необходимых количествах. Таким образом, химики могут определять число атомов и молекул путём взвешивания порций веществ. Приведём примеры таких расчётов. Чтобы вычислить количество вещества, зная число частиц, используем формулу 2 где ν – количество вещества в молях, N – число частиц вещества, NА – постоянная Авогадро.

Задача.Какое количество вещества содержит 1,505·1023 молекул воды?

В химии редко используется такая величина как число частиц. Гораздо легче использовать величины, которые легко измерить. Такой величиной является масса вещества. Как же связаны между собой масса и количество вещества? Зная число молекул вещества в одном моле и массу одной молекулы, можно подсчитать массу одного моля вещества. Например, известно, что масса молекулы воды равна

2,992·10-23г. Умножив ее на постоянную Авогадро, 6,02·1023 обратных молей, мы получим

18 г/моль – массу одного моля воды или молярную массу воды.

Молярной массой называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль. Измеряется она в г/моль и обозначается латинской буквой М. Чтобы найти молярную массу вещества, нет необходимости проделывать столь сложные расчеты. Достаточно помнить, что молярная масса численно равна относительной молекулярной массе и имеет размерность г/моль.

Например, относительная молекулярная масса серной кислоты Н2SО4 равна 2·1+32+4·16=98, следовательно, молярная масса серной кислоты Н2SО4 равна 98 г/моль.

Молярную массу используют для перевода количества вещества в массу и наоборот. Для расчетов используют формулу: количество вещества ν равно отношению массы вещества m к молярной массе этого вещества М.

Решим задачу. Вычислить количество вещества азотной кислоты массой 75,6 г.

Если требуется найти массу, зная количество вещества, формулу преобразуют: масса вещества m равна произведению количества вещества ν на молярную массу этого вещества М.

Источник

Количество вещества. Моль. Молярная Масса. Формула

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 n (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.

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

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 — на число Авогадро.

Количество вещества газообразного определяют на основе его объема:

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:

Источник