Розділ 4. Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами

§ 28. Кількість речовини. Моль — одиниця кількості речовини

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

яку порцію речовини називають кількістю речовини;
що є одиницею виміру цієї фізичної величини.

Ви вже знаєте, що хімічні перетворення речовин можна передати рівняннями реакцій, наприклад:

Ν₂+ О₂ = 2ΝΟ

Рівняння реакції чітко вказує на те, які порції речовин необхідно взяти для того, щоб вони прореагували без залишку. Це такі порції речовин азоту та кисню, у яких число структурних частинок, а саме число молекул азоту та молекул кисню, було б однаковим.

Проте хіміки, проводячи реакції між речовинами в лабораторії, мають справу не з однією або двома їхніми молекулами чи атомами, а зі зразками речовин, у яких міститься безліч структурних частинок. Зрозуміло, що відлічити «поштучно» потрібне число, наприклад, молекул азоту або молекул кисню, неможливо. Можна зважити порції азоту та кисню, рівні за масою. Але число молекул азоту та молекул кисню в них різне, оскільки маса молекули азоту відрізняється від маси молекули кисню.

Як же визначити, скільки частинок міститься в тій або іншій порції речовини? Які порції речовин азоту та кисню в нашому випадку необхідно взяти, щоб у них містилося потрібне для реакції число частинок? Щоб вирішити цю проблему, порцію речовини, що містить певне число атомів, молекул або інших структурних частинок, прийнято називати кількістю речовини.

Кількість речовини — фізична величина, не менш важлива для характеристики порції речовини, ніж її маса m, об’єм V або густина ρ. Кожна фізична величина має одиницю виміру. Для кількості речовини також існує одиниця виміру.

Аби зрозуміти, як учені вибрали одиницю виміру кількості речовини, ознайомимося з однією важливою залежністю. Наприклад, відносна молекулярна маса фтору M_r(F₂) = 38. Позначимо число молекул фтору в порції цієї речовини масою 38 г через N. Виявилося, що в порції будь-якої речовини — простої чи складної — масою (у грамах), яка чисельно дорівнює її молекулярній масі (в атомних одиницях маси), міститься однакове число N молекул (атомів тощо). Так, відносна молекулярна маса кисню М_r(О₂) = 16 · 2 = 32. Отже, у порції кисню масою 32 г міститься стільки ж молекул О₂, скільки молекул F₂ в порції фтору масою 38 г. Така сама кількість молекул СО₂ міститься і в порції карбон(ІV) оксиду (вуглекислого газу) масою 44 г (відносна молекулярна маса M_r(СО₂) = 44).

Такі порції будь-яких речовин називають молями.

Моль — це кількість речовини, яка містить таке число структурних частинок (атомів, молекул тощо), яке дорівнює числу атомів у 12 г ізотопа Карбону ¹²С*.

* Слово «моль» скорочено не записують, як назви інших одиниць виміру (наприклад, грам — г). У поєднанні із числівником, позначеним цифрою, а не словом, слово «моль» не відмінюється: 1 моль, 2 моль, 0,5 моль і т. ін., але два молі, півмоля, п’ять молів тощо.

Сьогодні науці відомі абсолютні маси атомів практично всіх хімічних елементів. Так, один атом Нітрогену має масу 2,325 · 10^-23 г, а 1 моль атомів Нітрогену — 14 г/моль. Отже, їхнє відношення дорівнюватиме:

Цю величину називають сталою Авогадро на честь відомого італійського хіміка Амедео Авогадро, її позначають N_A. Уперше за допомогою складного експерименту вчені визначили значення цього числа наприкінці XIX ст. Число 6,02 · 10²³ дуже велике. Аби уявити його, зазначимо лише, що воно більше за число склянок води, яка міститься у Світовому океані, а щоб зібрати на полях 6,02 · 10²³ зерен пшениці, знадобилося б понад 2 млн років.

Кількість речовини умовно позначають латинською літерою n. Кількість речовини не характеризує якісь хімічні особливості речовини, а лише вказує на вміст у ній певного числа молекул, атомів або інших структурних частинок. Саме тому кількість речовини належить не до хімічних, а до фізичних величин.

Приклади розв’язування задач

Розглянемо розв’язування задач за допомогою складання відповідних пропорцій.

Приклад 1. Визначте число молекул, яке міститься в порції хімічної сполуки, кількість речовини якої становить 4 моль.

Приклад 2. Скільки атомів Оксигену містить порція озону О₃, кількість речовини якого становить 1,5 моль?

Приклад 3. Яка маса порції сульфатної кислоти, якщо кількість її речовини становить 0,25 моль?

Запитання та завдання

1. Визначте число молекул, що містяться в порції хімічної сполуки, кількість речовини якої становить 3 моль.

2. Обчисліть масу: а) 9,03 · 10²² молекул карбон(ІV) оксиду (вуглекислого газу) СО₂; б) 3,01 · 10²⁴ молекул кисню О₂; в) 1,204 · 10²² молекул нітроген(ІV) оксиду NO₂?

3. У якій кількості речовини сульфур(VІ) оксиду SO₃ міститься: а) 21 моль атомів Оксигену; б) 6 моль атомів Сульфуру?

*4. Скільки частинок — атомів і молекул — містить порція хлору Сl₂, кількість речовини якого становить: а) 1 моль; б) 2 моль; в) 3 моль?

*5. Які з тверджень, на вашу думку, є правильними:

а) в 1 моль Н₂О та HF міститься однакова кількість молекул;
б) в 1 моль HF міститься менше молекул, ніж в 1 моль Н₂О, оскільки маса молекули HF більша за масу молекули Н₂О?

Зміст