Хімія. Повторне видання. 8 клас. Савчин

Тема 3. Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами

§ 16. Кількість речовини. Моль — одиниця кількості речовини. Стала Авогадро

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• називати число Авогадро;
• знати поняття «кількість речовини», «моль», «стала Авогадро»;
• формулювати визначення понять «кількість речовини», «моль», «стала Авогадро»;
• обчислювати число молекул у певній кількості речовини; кількість речовини за відповідним числом молекул.

• Пригадайте закон збереження маси речовин, з яким ви ознайомилися в курсі хімії 7 класу.

Відомо, що речовини вступають у хімічні реакції в певних кількісних співвідношеннях. Виникає питання: як практично взяти потрібну порцію речовини, що містить необхідну для хімічної реакції кількість атомів, молекул, йонів? Відлічити потрібну кількість цих частинок практично неможливо через їхні замалі розміри. Тому для проведення хімічних реакцій відміряють певні маси чи об’єми речовин. Масові співвідношення речовин, що взаємодіють між собою, можна встановити, якщо звернутися до кількісного аспекту хімічної реакції.

Наприклад, складемо реакцію взаємодії сірки з киснем:

S + O₂ = SO₂.

На основі відомих вам обчислень відносних атомної та молекулярної мас з’ясуємо, у яких співвідношеннях ці речовини прореагують. З рівняння реакції стає очевидно, що 32 масові частини сірки (M_r = 32) вступають у взаємодію з 32 масовими частинами кисню (M_r = 32). Отже, можна зробити висновок про те, що в порції сірки масою 32 г міститься така сама кількість частинок, що й у порції кисню масою 32 г. Інакше кажучи, обидві порції — це однакові кількості речовини.

Кількість речовини. Для того щоб узяти для перебігу реакцій відповідні співвідношення порцій речовин, у хімії використовують фізичну величину кількість речовини.

Кількість речовини ν (читають «ню») — фізична величина, що вказує на число структурних частинок (атомів, молекул, йонів), які містяться в певній порції цієї речовини.

Як і будь-яка фізична величина, кількість речовини має одиницю вимірювання. Такою одиницею є моль, що в перекладі з латинської означає «множина». Моль — це порція речовини, маса якої чисельно дорівнює її відносній атомній, молекулярній або формульній масі. Тому 1 моль сірки має масу 32 г, водню — 2 г, вуглецю — 12 г, натрій хлориду — 58,5 г, води — 18 г.

• Пригадайте, що називають нуклідом і що таке нуклід Карбону-12 — ¹²С.

Моль — кількість речовини, що містить стільки структурних частинок (атомів, молекул, йонів), скільки атомів Карбону міститься у вуглеці масою 0,012 кг (12 г).

Стала Авогадро. Італійський учений А. Авогадро обчислив та експериментально дослідив число атомів у Карбоні з нуклонним числом 12, масою 0,012 кг (12 г), що відповідає кількості речовини вуглецю 1 моль. З цією метою він поділив цю масу на масу одного атома Карбону й отримав число 6,02 · 10²³.

На честь ученого його назвали числом Авогадро й позначають N_А. Для кожної речовини, узятої порцією 1 моль, воно є незмінним. Тому число Авогадро (6,02 · 10²³) є універсальною сталою, що вказує на кількість структурних частинок у порції речовини 1 моль, для всіх речовин, незважаючи на їхні агрегатні стани. Отже, у воді масою 18 г, у залізі масою 56 г, сірці масою 32 г містяться 6,02 · 10²³ структурних частинок. Фізико-хімічну константу, що чисельно відповідає числу Авогадро, називають сталою Авогадро й теж позначають N_А. Математично сталу Авогадро позначають таким співвідношенням:

Розмірність сталої Авогадро — 1/моль, або моль^-1. Звідси випливає, що фізична величина 1 моль відповідає сталій Авогадро структурних частинок речовини.

Стала Авогадро 6,02 · 10²³ — число, що вказує на кількість структурних частинок, які містяться в 1 моль будь-якої речовини незалежно від її агрегатного стану.

Якщо кількість структурних частинок речовини N поділити на сталу Авогадро N_A (тобто фізико-хімічну константу цього числа), то можна обчислити кількість речовини ν:

Оскільки число 6,02 · 10²³ є сталим для будь-якої речовини кількістю речовини 1 моль, то:

1 моль (С) = 6,02 · 10²³ атомів Карбону;

1 моль (O₂) = 6,02 · 10²³ молекул;

1 моль (СО₂) = 6,02 · 10²³ молекул;

1 моль (NaBr) = 6,02 · 10²³ йонів Na⁺ і таку саму кількість йонів Br^-.

Можна зробити висновок, що стала Авогадро однакова для речовин атомної, молекулярної і йонної будови й відповідає числу 6,02 · 10²³ структурних частинок.

Обчислення на основі понять «кількість речовини» та «стала Авогадро».

• Поясніть, як визначити кількість йонів, що містяться в магній хлориді MgCl2 кількістю речовини 2 моль.

На основі поняття «кількість речовини» здійснюють обчислення, зокрема:

• а) знаходять число структурних частинок у певній порції речовини;
• б) за числом молекул (або інших структурних частинок) обчислюють відповідну кількість речовини.

Розглянемо приклади.

Задача 1. Обчисліть число молекул у воді кількістю речовини 0,2 моль.

Задача 2. Обчисліть число атомів у вуглеці кількістю речовини 4 моль.

Задача 3. Обчисліть число йонів у магній хлориді кількістю речовини 0,5 моль.

Задача 4. Якій кількості речовини кисню O₂ відповідають 12,04 · 10²³ його молекул?

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Кількість речовини ν («ню») — фізична величина, що вказує на число структурних частинок (атомів, молекул, йонів), які містяться в певній порції цієї речовини.

• Одиницею вимірювання кількості речовини є моль. Моль — кількість речовини, що містить стільки структурних частинок (атомів, молекул, йонів), скільки атомів Карбону міститься у вуглеці масою 0,012 кг (12 г).

• Число Авогадро 6,02 · 10²³ — число, що вказує на кількість структурних частинок, які містяться в 1 моль будь-якої речовини незалежно від її агрегатного стану. Йому відповідає стала Авогадро.

• На основі понять «кількість речовини» та «стала Авогадро» здійснюють хімічні обчислення.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Сформулюйте визначення поняття «кількість речовини» й поясніть, що означає ця фізична величина.

2. Назвіть одиницю вимірювання кількості речовини та сформулюйте її визначення.

3. Обчисліть число структурних частинок (атомів, молекул, йонів) у запропонованих порціях речовин:

• а) 5 моль хлоридної кислоти HCl;
• б) 2 моль натрій хлориду NaCl;
• в) 3 моль карбон(IV) оксиду CO₂;
• г) 8 моль води H₂O.

4. Обчисліть, якій кількості речовини відповідають запропоновані порції структурних частинок речовин:

• а) 18,06 · 10²³ води;
• б) 12,04 · 10²³ цинк оксиду;
• в) 3,01 · 10²³ амоніаку;
• г) 24,08 · 10²³ азоту.

ЦІКАВО ЗНАТИ

Авогадро Амедео (1776-1856) — видатний італійський фізик і хімік. За освітою юрист, він почав самостійно вивчати фізику й математику. Завдяки успіхам у вивченні цих дисциплін і наполегливій праці з дослідження кількісного і якісного складу речовин учений здобув посаду завідувача кафедри математичної фізики Туринського університету. У 1811 р. дослідник відкрив закон, названий його іменем — закон Авогадро. Учений уточнив атомні маси деяких елементів, склад молекул багатьох газів, спрогнозував, що молекули простих речовин неметалів — двоатомні. На його честь число структурних частинок, що містяться в 1 моль будь-якої речовини, назвали числом Авогадро.

А. Авогадро — автор чотиритомної праці «Фізика вагових тіл, або Трактат про загальну конституцію тіл», який став першим посібником з молекулярної фізики.