С понятием "моль" сталкивается каждый школьник, который начинает изучать химию. С более сложными понятиями, такими как концентрация, молярность растворителя, тяжело разобраться, не зная, что такое моль. Можно сделать вывод, что моль - одно из важнейших понятий в химии. Многие задачи нельзя решить, не определив количество молей.

Определение

Так что такое моль в химии? Пояснение дать довольно просто: это единица, в которой выражается количество вещества, одна из единиц СИ. Определение того, что такое моль в химии, можно сформулировать и таким образом: 1 моль эквивалентен содержится структурных частиц в 12 г карбона-12.

Как было установлено, в 12 г этого изотопа содержится количество атомов, численно равное постоянной Авогадро.

Происхождение понятия

Немного разобравшись с тем, что такое моль в химии с помощью определений, обратимся к истории этого понятия. Как принято считать, термин "моль" ввел немецкий химик Вильгельм Освальд, получивший Нобелевскую премию в 1909 году. Слово "моль", очевидно, происходит от слова "молекула".

Интересный факт - гипотеза Авогадро о том, что при одинаковых условиях в одинаковых объемах разных газов содержится одно и то же количество вещества, было выдвинута задолго до Освальда, да и сама константа была подсчитана Авогадро еще в начале XIX века. То есть хоть понятия "моль" и не существовало, само представление о количестве вещества уже было.

Основные формулы

Количество вещества находится по-разному, в зависимости от данных задачи. Такой вид имеет самая распространенная формула, в которой эта величина выражается отношением массы к молярной массе:

Стоит сказать, что количество вещества - величина аддитивная. То есть, чтобы посчитать значение этой величины для смеси, нужно сначала определить количество вещества для каждого ее элемента и сложить их.

Другая формула применяется, если известно количество частиц:

Если в задаче указано, что процесс происходит при нормальных условиях, можно воспользоваться следующим правилом: при нормальных условиях любой газ занимает инвариантный объем - 22,4 л. Тогда можно воспользоваться следующим выражением:

Количество вещества выражается из уравнения Клапейрона:

Знание того, что такое моль в химии и основных формул для определения количества молей вещества, дает возможность значительно быстрее решать многие задачи. Если известно количество вещества, можно найти массу, объем, плотность и другие параметры.

Понятие моль используют для измерения химических веществ. Выясним особенности этой величины, приведем примеры расчетных заданий с ее участием, определим важность данного термина.

Определение

Моль в химии - это единица вычисления. Она представляет собой количество определенного вещества, в котором находится столько структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится в 12 граммах атома углерода.

Число Авогадро

Количество вещества связано с числом Авогадро, которое составляет 6*10^23 1/моль. Для веществ молекулярного строения считают, что один моль включает именно число Авогадро. Если нужно посчитать число молекул, содержащееся в 2 молях воды, то необходимо умножить 6*10^23 на 2 , получаем 12*10^23 штук. Давайте рассмотрим, какую роль играет моль в химии.

Количество вещества

Вещество, которое состоит из атомов, содержит число Авогадро. Например, для атома натрия это 6*10*23 1/моль. Каково его обозначение? Моль в химии обозначают греческой буквой «ню» или латинской «n». Для проведения математических вычислений, связанных с количеством вещества, используют математическую формулу:

n=N/N(A), где n - количество вещества, N(A) - число Авогадро, N - количество структурных частиц вещества.

При необходимости можно вычислить число атомов (молекул):

Фактическая масса моля называется молярной. Если количество вещества определяют в молях, то величина молярной массы имеет единицы измерения г/моль. В численном выражении она соответствует значению относительной молекулярной массы, которую можно определить путем суммирования относительных атомных масс отдельных элементов.

Например, для того чтобы определить молярную массу молекулы углекислого газа, необходимо провести следующие расчеты:

M (CO2)=Ar(C)+2Ar(O)=12+2*16=44

При вычислении молярной массы оксида натрия получаем:

M (Na2O)=2*Ar(Na)+Ar(O)=2*23+16=62

При определении молярной массы серной кислоты суммируем две относительные атомные массы водорода с одной атомной массой серы и четырьмя относительными атомными массами кислорода. Их значения всегда можно найти в периодической таблице Менделеева. В итоге получаем 98.

Моль в химии позволяет проводить разнообразные расчеты, связанные с химическими уравнениями. Все типовые расчетные задачи в неорганической и органической химии, которые предполагают нахождение массы и объема веществ, решаются именно через моли.

Примеры расчетных задач

Молекулярная формула любого вещества указывает на количество молей каждого элемента, включенного в его состав. Например, один моль фосфорной кислоты содержит три моля атомов водорода, один моль атомов фосфора и четыре моля атомов кислорода. Все достаточно просто. Моль в химии является переходом из микромира молекул и атомов в макросистему с килограммами и граммами.

Задача 1. Определите число молекул воды, содержащихся в 16,5 молях.

Для решения используем связь между числом Авогадро (количество вещества). Получаем:

16,5*6,022*1023 = 9,9*1024 молекул.

Задача 2. Рассчитайте число молекул, содержащихся в 5 г углекислого газа.

Сначала необходимо вычислить молярную массу данного вещества, воспользовавшись ее связью с относительной молекулярной массой. Получаем:

N=5/44*6,023*1023=6,8*1023 молекул.

Алгоритм задач на химическое уравнение

При вычислении массы или продуктов реакции по уравнению используют определенный алгоритм действий. Сначала определяют, какое из исходных веществ в недостатке. Для этого находят их количество в молях. Далее составляют уравнение процесса, обязательно расставляют стереохимические коэффициенты. Над веществами записывают исходные данные, под ними указывают количество вещества, взятое в молях (по коэффициенту). В случае необходимости осуществляют перевод единиц измерения, пользуясь формулами. Далее составляют пропорцию и решают ее математическим способом.

Если предлагается более сложная задача, то предварительно вычисляют массу чистого вещества, убирая примеси, потом уже приступают к определению его количества (в молях). Ни одна задача в химии, связанная с уравнением реакции, не решается без такой величины, как моль. Кроме того с помощью данного термина, легко можно определить количество молекул или атомов, воспользовавшись для таких вычислений постоянным числом Авогадро. Расчетные задания включены в тестовые вопросы по химии для выпускников основной и средней общеобразовательной школы.

Атомная единица массы. Число Авогадро

Вещество состоит из молекул. Под молекулой мы будем понимать наименьшую частицу данного вещества, сохраняющую химические свойства данного вещества.

Читатель : А в каких единицах измеряется масса молекул?

Автор : Массу молекулы можно измерять в любых единицах массы, например в тоннах, но поскольку массы молекул очень малы: ~10 –23 г, то для удобства ввели специальную единицу – атомную единицу массы (а.е.м.).

Атомной единицей массы называется величина, равная -й массы атома углерода 6 С 12 .

Запись 6 С 12 означает: атом углерода, имеющий массу 12 а.е.м. и заряд ядра – 6 элементарных зарядов. Аналогично, 92 U 235 – атом урана массой 235 а.е.м. и зарядом ядра 92 элементарных заряда, 8 О 16 – атом кислорода массой 16 а.е.м и зарядом ядра 8 элементарных зарядов и т.д.

Читатель : Почему в качестве атомной единицы массывзяли именно (а не или ) часть массы атома и именно углерода, а не кислорода или плутония?

Экспериментально установлено, что 1 г » 6,02×10 23 а.е.м.

Число, показывающее, во сколько раз масса 1 г больше 1 а.е.м, называется числом Авогадро : N A = 6,02×10 23 .

Отсюда

N А × (1 а.е.м) = 1 г. (5.1)

Пренебрегая массой электронов и различием в массах протона и нейтрона, можно сказать, что число Авогадро приблизительно показывает, сколько надо взять протонов (или, что почти то же самое, атомов водорода), чтобы образовалась масса в 1 г (рис. 5.1).

Моль

Масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы, называется относительной молекулярной массой .

Обозначается М r ­ (r – от relative – относительный), например:

12 а.е.м, = 235 а.е.м.

Порция вещества, которая содержит столько же граммов данного вещества, сколько атомных единиц массы содержит молекула данного вещества, называется молем (1 моль) .

Например: 1) относительная молекулярная масса водорода Н 2: , следовательно, 1 моль водорода имеет массу 2 г;

2) относительная молекулярная масса углекислого газа СО 2:

12 а.е.м. + 2×16 а.е.м. = 44 а.е.м.

следовательно, 1 моль СО 2 имеет массу 44 г.

Утверждение. Один моль любого вещества содержит одно и то же число молекул: N А = 6,02×10 23 шт.

Доказательство . Пусть относительная молекулярная масса вещества М r (а.е.м.) = М r × (1 а.е.м.). Тогда согласно определению 1 моль данного вещества имеет массу М r (г) = М r ×(1 г). Пусть N – число молекул в одном моле, тогда

N ×(масса одной молекулы) = (масса одного моля),

Моль – основная единица измерения в СИ.

Замечание . Моль можно определить иначе: 1 моль – это N А = = 6,02×10 23 молекул данного вещества. Тогда легко понять, что масса 1 моля равна М r (г). Действительно, одна молекула имеет массу М r (а.е.м.), т.е.

(масса одной молекулы) = М r × (1 а.е.м.),

(масса одного моля) = N А ×(масса одной молекулы) =

= N А × М r × (1 а.е.м.) = .

Масса 1 моля называется молярной массой данного вещества.

Читатель : Если взять массу т некоторого вещества, молярная масса которого равна m, то сколько это будет молей?

Запомним:

Читатель : А в каких единицах в системе СИ следует измерять m?

, [m] = кг/моль.

Например, молярная масса водорода

За единицу количества вещества принят моль – количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, ионов, молекул и др.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12 С. Число частиц, содержащиеся в одном моле вещества, называют числом Авогадро (Постоянной Авагадро) N A . Это одна из универсальных постоянных, которая не зависит от природы вещества и внешних условий.

N A ≈ 6,022 . 10 23 моль -1 (60 способов определения).

Количество вещества, выраженное в молях, связано с его массой величиной, называемой молярной массой вещества.

Молярная масса численно равна молекулярной:

Кислород (О 2)– относительная молекулярная масса 32 у.е. и молярная масса – 32 г/моль. Зная постоянную Авогадро, можно найти абсолютное значение массы любого атома (молекулы) и оценить размеры атомов.

Массу атома (молекулы) m находят делением молярной массы М на постоянную Авагадро:

Молярный объем - это объем 1 моля вещества, выражается в л/моль.

Для определения мольного объема газов используется закон Авагадро: равные объемы всех газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержат одинаковое число молекул.

Следствия закона Авагадро:

1) При одинаковых температуре и давлении 1 моль любого вещества в газообразном состоянии занимает один и тот же объем.

2) 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22.4 л.

нормальные условия: н.у. 1атм= 101325 Па= 760 мм рт.ст. и 0 0 С.

Для определения молярной (молекулярной) массы газообразных веществ можно использовать объединенный газовый закон (закон Менделеева-Клапейрона):

,где

Р - давление, Па;

V - объем, м 3 ;

m - масса, г;

Т - температура, К;

М - молярная масса, г/моль;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/моль∙К

Для определения молекулярной массы газообразных веществ можно использовать также данные об относительной плотности газа.

Относительная плотность одного газа по другому (D ) - это отношение массы данного газа к массе того же объема другого газа, взятого при той же температуре и том же давлении.

Например, масса 1 л углекислого газа (СО 2) равна 1,98 г, при тех же условиях масса 1 л водорода (Н 2) равна 0,09 г. Следовательно, плотность углекислого газа по водороду составляет: 1,98: 0.09 =22

, где

m 1 , m 2 - массы 1 и 2-го газов, г;

М 1 , М 2 - молярные (молекулярные) массы 1 и 2 -го газов.

Сложнее определить размер атомов. Размер атома можно определить только условно. Для кристаллических простых веществ за радиус атома принимают половину расстояния между центрами соседних атомов. Эту величину можно найти, зная плотность вещества и постоянную Авагадро. Если разделить объем занимаемый одним молем твердого простого вещества V m (молярный объем) на постоянную Авагадро, то найдем объем V , приходящийся на один атом. Этот атом приблизительно можно рассматривать как шар, вписанный в куб объемом V , тогда радиус атома r выражается уравнением

Аналогично выражается радиус молекулы.

Для точного расчета размеров атомов необходимо знать их расположение в кристаллах твердых веществ. Установлено, что многие простые вещества имеют структуру аналогичную плотнейшей упаковке шаров. В такой упаковке на долю самих шаров приходится 74,05% от занимаемого объема.

Точное значение радиуса атома:

Радиусы атомов имеет значение порядка 100 пм.

Инструкция

Чтобы найти моль вещества , нужно запомнить очень простое правило: масса одного моля любого вещества численно равна его молекулярной массе, только выражается в других величинах. А как определяется ? С помощью таблицы Менделеева вы узнаете атомную массу каждого элемента, входящего в молекулы вещества . Далее нужно сложить атомные массы с учетом индекса каждого элемента и получится ответ.

Посчитайте его молекулярную массу с учетом индекса каждого элемента: 12*2 + 1*4 + 16*3 = 76 а.е.м. (атомных единиц массы). Следовательно, его молярная масса (то есть масса одного моля) также составляет 76, только ее размерность: грамм/моль . Ответ: один моль селитры весит 76 грамм.

Предположим, вам задана такая задача. Известно, что масса 179,2 какого-то газа составляет 352 грамма. Необходимо определить, сколько весит один моль этого газа. Известно, что при нормальных условиях один моль любого газа или смеси газов занимает объем, приблизительно равный 22,4 литра. А у вас 179,2 литра. Произведите вычисление: 179,2/22,4 = 8. Следовательно, в этом объеме содержится 8 молей газа.

Разделив известную по условиям задачи массу на количество молей, получите: 352/8 = 44. Следовательно, один моль этого газа весит 44 грамма - это газ, СО2.

Если имеется какое-то количество газа массой М, заключенное в объеме V при заданной температуре Т и давлении P. Требуется определить его молярную массу (то есть найти, чему равен его моль ). Решить задачу вам поможет универсальное уравнение Менделеева-Клапейрона: PV = MRT/m, где m – та самая молярная масса, которую нам надо определить, а R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31. Преобразуя уравнение, получите: m = MRT/PV. Подставив в формулу известные величины, вы найдете, чему равен моль газа.

Полезный совет

В расчетах обычно используются округленные величины атомных весов элементов. Если требуется более высокая точность, то округление недопустимо.

Различные формулы помогут найти количество вещества, единицей измерения которого является моль . Также количество вещества можно найти по уравнению реакции, данной в задаче.

Инструкция

Если химическое вещество состоит из молекул, в одном моле этого вещества будет содержаться 6,02x10^23 молекул. Так, 1 моль водорода H2 – это 6,02x10^23 молекул H2, 1 моль воды H2O – это 6,02x10^23 молекул H2O, 1 моль C6H12O6 – это 6,02x10^23 молекул C6H12O6.

Если вещество состоит из атомов, в одном моле этого вещества будет содержаться то же Авогадрово число атомов - 6,02x10^23. Это относится, к примеру, к 1 молю железа Fe или серы S.

О чем говорит количество вещества

Итак, 1 моль любого химического вещества содержит Авогадрово число частиц, составляющих данное вещество, т.е. около 6,02x10^23 молекул или атомов. Общее количество вещества (число молей) латинской буквой n или греческой буквой «ню». Его можно найти по отношению общего количества молекул или атомов вещества к числу молекул в 1 моле – числу Авогадро:

n=N/N(A), где n – количество вещества (моль), N – количество частиц вещества, N(A) – число Авогадро.

Отсюда же можно выразить и число частиц в заданном количестве вещества:

Фактическую массу одного моля вещества называют его молярной массой и обозначают букой M. Она выражается в «граммах на моль» (г/моль), но численно равна относительной молекулярной массе вещества Mr (если вещество состоит из молекул) или относительной атомной массе вещества Ar, если вещество состоит из атомов.

Относительные массы элементов можно найти по таблице Менделеева (обычно при расчетах их округляют). Так, для водорода это 1, для лития – 7, для углерода – 12, для кислорода – 16 и т.д. Относительные молекулярные массы складываются из относительных атомных масс составляющих молекулы атомов. К примеру, относительная молекулярная масса воды H2O

Mr(H2O)=2xAr(H)+Ar(O)=2x1+16=18.

Относительные атомные и молекулярные массы – безразмерные величины, поскольку выражают массу атома и молекулы относительно условной единицы – 1/12 массы атома углерода.

В типовых задачах обычно требуется найти, сколько молекул или атомов содержится в заданном количестве вещества, составляет заданное количество вещества, сколько молекул в заданной массе. Важно понимать, что вещества указывает на число молей каждого элемента, входящего в его состав. То есть 1 моль H2SO4 содержит 2 моля атомов водорода H, 1 моль атомов серы S, 4 моля атомов кислорода O.