Химия - 8-9 класс

5.4. Количество вещества. Моль

Проведем химическую реакцию, протекающую при взаимодействии алюминия с йодом: 2Аl + 3I₂ = 2АlI₃.

Из уравнения реакции следует, что

1) алюминий и йод реагируют между собой, образуя новое вещество – йодид алюминия;

2) в реакцию вступают атомы алюминия и молекулы йода;

3) отношение числа вступивших в реакцию формульных единиц (в данном случае - атомов) алюминия к числу вступивших в реакцию молекул йода равно 2 к 3, то есть

N(Al) : N(I₂) = 2 : 3.

Если для проведения реакции мы возьмем, например, 1^.10²⁰ атомов алюминия, то, для того, чтобы все они прореагировали, потребуется 1,5^.10²⁰ молекул йода. И наоборот, если у нас есть 90000 молекул йода, то в этом случае, чтобы все они прореагировали, нужно взять 60000 атомов алюминия. Если мы возьмем исходные вещества в другом соотношении, то одно из них останется непрореагировавшим. В таком случае говорят, что это вещество было взято в избытке.

Как отмерять взятые для реакции вещества, чтобы они прореагировали без остатка?

Очевидно, что отмерять вещества следует по числу атомов, молекул (для молекулярных веществ) или формульных единиц (для немолекулярных веществ). Обобщенно атомы, молекулы (реальные частицы), формульные единицы (выделенные нами " частицы" ) и другие составные части вещества называют структурными элементами. Число таких структурных элементов в порции вещества является физической величиной, называемой количество вещества. В нашем случае роль структурных элементов выполняют частицы – атомы алюминия и молекулы йода.

Количество вещества – физическая величина, равная числу структурных элементов, составляющих систему.

Роль систем в нашем случае выполняют порции реагирующих веществ – алюминия и йода.

Количество вещества как физическая величина обычно характеризует только такие системы, структурные элементы которых в той или иной степени одинаковые. Примеры таких структурных элементов: атомы одного химического элемента, молекулы или формульные единицы одного вещества, а также заведомо неразличимые частицы – электроны, протоны, нейтроны и другие подобные им микрочастицы.

Обозначается количество вещества латинской буквой n, а если эта буква уже " занята" , то греческой буквой ν .

Количество вещества – одна из основных физических величин, поэтому ее единица измерений выбирается произвольно – только из соображений удобства.

Что же удобно выбрать за единицу измерений этой величины? Естественно, штуку. Но поштучно пересчитать молекулы в химической практике невозможно, зато вещество можно взвесить, то есть определить его массу. Следовательно, за единицу измерений количества вещества следует принять порцию из определенного и всегда одинакового числа частиц, достаточно большую, чтобы ее легко можно было взвесить на обычных весах.

Такая единица измерений получила название моль, а величина, показывающая массу одного моля вещества – молярная масса. Молярная масса вещества Б обозначается М_Б, или М(Б). Таким образом, единица измерений количества вещества [n] = 1 моль, а единица измерений молярной массы [М_Б] = 1 г/моль.

Физическая величина, показывающая, сколько частиц содержится в одном моле вещества, называется постоянной Авогадро и обозначается N_A. Единица измерений этой величины – " штуки в моле" , но, так как физики штуку единицей измерений не считают, то получается

[N_A] = , или [N_A] = моль– ¹.

Значение постоянной Авогадро выбрано таким образом, чтобы числовое значение молярной массы любого вещества было равно числовому значению молекулярной массы, то есть

{M(Б)} = {M_r(Б)}

N_A = 6,02^.10²³ моль– ¹

Числовое значение постоянной Авогадро {N_A} называется числом Авогадро.

Таким образом

Моль – порция из {NA} частиц.

В Международной системе единиц определение моля формулируется несколько иначе.

Моль – единица измерений количества вещества, равная количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в 12 граммах углерода-12.

Но так как в 12 г углерода-12 содержится {N_A} штук атомов углерода, оба эти определения не противоречат друг другу.

Применяются кратные и дольные единицы, производные от моля: 1 кмоль = 1000 моль, 1 ммоль = 0,001 моль и так далее.

Слово " моль" как обозначение единицы измерений не склоняется (5 моль; 0,25 моль), а в качестве названия единицы измерений (в тексте и устной речи) склоняется как существительное мужского рода (четверть моля, пятью молями, двух молей и тому подобное).

Число частиц в моле вещества (число Авогадро) очень велико, поэтому количество макрообъектов в молях обычно не измеряют, ведь даже звезд в Метагалактике всего лишь порядка одного моля.

Теперь запишем формально не строгое, но понятное определение количества вещества:

Количество вещества – то же, что и число частиц, но измеряется не в штуках, а в молях (то есть, порциями по 6,02.1023 штук).

Алюминий – Al – легкий пластичный металл. Как и все металлы – немолекулярное вещество. Алюминий сравнительно дешев и широко используется. Самая близкая любому человеку область его применения – многочисленные бытовые предметы: от кастрюль до фольги. Из измельченного до состояния пудры алюминия изготавливают " серебряную" краску. В некоторых странах, например в Венгрии, из алюминиевых сплавов делают монеты. Крупнейшими потребителями алюминия являются авиационная промышленность, машиностроение и строительство, не говоря уже о том, что большая часть электрических проводов (от линий электропередач до проводов в вашей квартире) делается из алюминия. Но так было не всегда. В течение некоторого времени после открытия (середина XIX века), алюминий был очень дорогим металлом, т. к. способы получения чистого алюминия были в то время слишком сложны. В те годы алюминиевые столовые приборы считались предметом роскоши.Йод – I2. В быту с йодом в чистом виде вам сталкиваться не приходится. Это черно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском, очень мало растворимые в воде, зато хорошо растворимые в спирте. Именно спиртовой раствор йода, используемый в медицине, в быту и называют просто " йодом" . Йод извлекают из морской воды, его накапливают некоторые морские водоросли. В микроколичествах это вещество необходимо человеку для правильного функционирования щитовидной и паращитовидной желез. Он используется в медицине и быту как дезинфицирующее средство. Йод и его пары ядовиты. Пары йода раздражают слизистые оболочки, поэтому при частом воздействии возможны воспаления слизистых и кожные дерматиты.

ЧИСЛО ЧАСТИЦ, КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, МОЛЬ, СТРУКТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИЗБЫТОК ВЕЩЕСТВА В РЕАКЦИИ.

1.Используя округленные значения атомных масс элементов, определите молярные массы следующих веществ: O₂, O₃, Cl₂, HCl, CO₂, H₃PO₄, NaCl, Ba(OH)₂, Fe₂(SO₄)₃, Ca₃(PO₄)₂.

2.Сколько молекул содержится в а) 1 г водорода H₂, б) 1 г кислорода O₂, в) 76,8 кг серы S₈, г) 9,8 мг серной кислоты H₂SO₄? 3.Определите массу а) 6,02^.10²² атомов железа; б) 2,107^.10²⁵ молекул диоксида углерода СО₂; в) 9,03^.10²² формульных единиц CuSO₄; г) 1,204^.10²⁴ электронов.