Чем измеряют массу веществ в химии

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

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

Почему химики измеряют массу в молях, а не в граммах

В химии одной из единиц измерения является моль. Моль используется во многих расчетах и является для химиков важным инструментом для измерения количества того или иного вещества.

Однако, в жизни люди редко сталкиваются с этой единицей измерения. Моль практически не применяют в других областях. Например, люди не измеряют в молях количество телевизоров или картошки, а используют для этого привычные единицы измерения – штуки, граммы и килограммы.

Так, почему тогда химики для расчетов используют моль, а не грамм? Попробуем разобраться и для этого вспомним химию.

Химия – это наука изучающая состав веществ и различные явления, происходящие в результате соединений этих веществ. А так как все вещества состоят из атомов, образующих молекулы, получается, что химия изучает все процессы и реакции на молекулярном уровне.

Все дело в молекулах

Как известно, молекулы имеют очень маленький вес и размер, поэтому в веществе может содержаться огромное их количество, обращаться с которыми крайне неудобно. Например, в одном только кубике сахара содержится 1,000,000,000,000,000,000,000 молекул.

Примеры неудобства измерения количества мелких предметов встречаются и в обычной жизни людей. Например, люди не покупают горох в штуках, потому что он имеет маленький размер. И гораздо логичнее сразу приобрести определенную порцию, например, 200 грамм.

Так и в химии для удобства расчетов придумали удобную величину, которая называется количество вещества, а единицей измерения ее является моль. Один моль содержит в себе порцию вещества, состоящую из 6,02·1023 частиц.

Почему граммы и миллилитры не подходят

При проведении химических реакций важным является правильный расчет количественного соотношения веществ, вступающих в реакцию. Для того что бы получить определенный результат необходимо, зная количество одного вещества, правильно рассчитать и количество второго вещества. Еще правильные расчеты важны для составления и решения химических уравнений.

Как правило, количество твердого вещества определяется массой, а жидкого и газообразного – объемом. В качестве единиц измерения в химии применяют граммы для твердых веществ и кубические сантиметры (миллилитры) – для жидких и газообразных. Однако, в результате химической реакции количество взаимодействующих веществ изменяется пропорционально молекулам, а не массе или объему. А значит и для подобных расчетов удобнее применять моль, а не грамм или миллилитр.

Так как химия изучает процессы на молекулярном уровне, а вес и размер молекул очень мал, для удобства расчетов химикам удобнее использовать моль, а не грамм.

Химики используют моль для расчетов, связанных с решением химических уравнений. И именно через моли решаются все задачи, связанные с вычислением объема и массы веществ в неорганической и органической химии.

Источник

• ← Чем измеряют массу в физике
• Чем измеряют массу приборы →