Хімія. 8 клас. Гранкіна

Тема 3. Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами

§ 13. Кількість речовини. Число Авогадро

ЩО ТАКЕ МОЛЬ?

Для розрахунків за хімічними реакціями починаючи з XIX століття хіміки використовували масові співвідношення реагентів. Такі співвідношення були дуже зручні: вимірюючи масу речовин у грамах, учені ніби оперували молекулами. У ті часи вважали, що молекула — це така кулька, що має певну відносну молекулярну масу. Порцію речовини, що дорівнює відносній молекулярній (або атомній) масі, виражену в грамах, назвали грам-молекулою, або молем.

Поняття «моль»

У хімічних реакціях беруть участь молекули (атоми або йони), і правильніше було б ураховувати не масу речовин, які беруть участь у реакції, а число реагуючих частинок. Наприклад, у рівнянні утворення води:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

ми бачимо, що з 2 молекулами водню реагує 1 молекула кисню й утворюються 2 молекули води. Цифри перед хімічними формулами — коефіцієнти — указують на число молекул, які реагують одна з одною. Окремі атоми й молекули можна порахувати в штуках. Але атоми й молекули дуже малі, і майже неможливо провести реакцію з 1 або 2 молекулами. Оскільки в речовині величезна кількість молекул (кількість речовини), для зручності підрахунку використовують спеціальну величину — моль.

• Кількість речовини — це визначене число будь-яких частинок, атомів, молекул, йонів тощо. Одиниця вимірювання кількості речовини — моль.

Вирішено було за 1 моль прийняти стільки атомів Карбону, скільки міститься у 12 г (або 0,012 кг) ¹²С. Скільки ж там атомів? Давайте порахуємо.

Маса одного атома Карбону становить 1,993 · 10^-23г. Тоді у 12 г (1 моль) міститься

Частинки (атоми, молекули, йони, а також електрони, протони тощо) називають іще структурними одиницями.

Звідси таке визначення моль:

• Моль — це кількість речовини, в якій число частинок дорівнює 6,02 · 10²³, що відповідає кількості атомів у 0,012 кг Карбону ¹²С. Моль позначають латинською буквою n.

Число частинок в 1 моль називають числом, або сталою Авогадро — на честь знаменитого італійського хіміка Амедео Авогадро й позначають N_A.

Як слідує з визначення:

N_A = 6,02 · 10²³ 1/моль

Точне значення N_A =(6,02245 ± 0,000031) · 10²³ 1/ моль.

Стала Авогадро універсальна. Вона вказує число частинок у 1 моль речовини в будь-якому агрегатному стані: твердому, рідкому, газуватому.

Якщо взяти масу якої-небудь речовини, що дорівнює її відносній молекулярній (атомній, формульній) масі, то в ній обов'язково буде 6,02 · 10^-23 атомів, молекул або йонів (залежно від будови речовини), тобто 1 моль.

Є безліч прикладів, які показують наскільки великим є число Авогадро. Підраховано, наприклад, що, якщо взяти таку кількість однодоларових банкнот, то ними можна встелити всю земну кулю шаром 2 метри.

На письмі термін «моль», якщо він використаний при числі, не відмінюється. Так, 1 л води (1 кг або 1000 г) містить приблизно 55,5 моль води. Якщо ж термін «моль» використовується сам по собі, то він відмінюється. Наприклад, правильно записати питання потрібно так: «Знайдіть, яка кількість речовини (в молях) міститься в 1 л води». Відмінюється термін «моль» і в усному мовленні.

1971 р. рішенням 14-ї Генеральної конференції щодо мір і вагів моль був уведений у Міжнародну систему одиниць (СІ) як сьома основна одиниця.

Зверніть увагу, що число частинок у молі однакове, але маса й об'єм 1 моль різних речовин будуть різними, оскільки є різними частинки, які входять до складу моля.

Приклад. Одна молекула H₂SO₄ має значно більшу масу й об'єм, ніж 1 молекула Н₂, тому маса й об'єм 1 моль H₂SO₄ теж будуть більші.

Для кращого розуміння наведемо декілька прикладів:

ДЕ І ЯК ЗАСТОСОВУВАТИ ПОНЯТТЯ «МОЛЬ»

• Оскільки моль — це, власне, певна кількість штук частинок, то коефіцієнти в рівняннях показують не тільки кількість реагуючих молекул, але й число молів (кількість речовини) молекул.

Повернемося до рівняння синтезу води. Ми не могли працювати з 1 або 2 молекулами, але, якщо збільшити число частинок, узятих для реакції, у 6,02 · 10²³ рази, одержимо величини, з якими можна реально проводити хімічні реакції. Тоді ми можемо написати:

Зверніть увагу! З точки зору математики, переходячи від числа окремих атомів або молекул до числа молів, ми завжди використовуємо один і той самий множник — 6,02 · 10²³. Математичне співвідношення залишається тим же. Отже, поняття «моль» ми можемо використовувати під час хімічних розрахунків за хімічними реакціями або хімічними формулами. У хімічних формулах індекси — співвідношення чисел атомів кожного сорту в молекулах — показують також число молів атомів кожного елемента.

Приклад

В 1 моль HNO₃ 1 моль атомів Н, 1 моль атомів N і 3 моль атомів О — відповідно до індексів.

Запис 4HNO₃ показує, що взято 4 моль молекул нітратної кислоти. У 4 моль молекул HNO₃ міститься 4 моль атомів Гідрогену, 4 моль атомів Нітрогену й 12 моль атомів Оксигену. Усього 20 моль атомів.

Тут ключові слова «моль молекул» і «моль атомів». Тому будьте уважні, коли читаєте питання задачі.

— Можна сказати, що в 1 моль пеналів (Н₂О) міститься 1 моль кулькових ручок (О) і 2 моль олівців (2Н).

— Я слово «моль» співвідношу зі словом «штука».

Зверніть увагу: якщо в задачі запитують про кількість речовини, то потрібно рахувати число молів.

Розрахунки, пов'язані з кількістю речовини

Визначити кількість речовини, якщо відомо число структурних одиниць, можна за формулою:

де n — кількість речовини (моль);

N — загальне число частинок;

N_А — число Авогадро.

Виходячи з цієї формули, загальне число частинок дорівнює:

N = n · Ν_А

— Це зрозуміло! От, наприклад, у нас є 12 яблук (це загальне число). Кошичок уміщує 6 яблук. Тоді, мабуть, потрібне число кошичків дорівнюватиме

Так само і з молями.

Зробимо висновки:

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• 1. Що таке кількість речовини?
• 2. В яких одиницях виражають кількість речовини?
• 3. Що показує стала Авогадро?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Установіть відповідність.

Кількість речовини	Число частинок
3 моль йонів S2-	1,505 · 1023
0,25 моль молекул СО2	1,806 · 1024
1,2 моль атомів Cu	7,224 · 1023

2. Яка кількість речовини атомів кожного елемента необхідна для утворення 1 моль:

HCl, Cl₂, H₂O, H₂SO₄?

3. Яка кількість речовини кожного елемента міститься у 2 моль H₃PO₄, PH₃, Fe₂O₃, Ca(OH)₂, NaOH?

4. Укажіть число молів реагентів і продуктів реакції в рівнянні:

3O₂ ⇄ 2O₃

5. Яка кількість речовини атомів кожного елемента міститься:

• а) у 2 моль N₂O;
• б) у 3 моль P₂O₅?

6. Яка кількість речовини йонів Ca²⁺ і NO^-₃ міститься:

• а) в 1 моль речовини Ca(NO₃)₂;
• б) у 0,5 моль;
• в) у 5 моль цієї речовини?

7. В якій кількості речовини SiO₂ міститься 0,5 моль О? 4 моль Si?

8. Заповніть таблицю:

n(О)	n(Р)	n(Р2О5)	N(O)	N(P)	N(Р2О5)
					6,02 · 1023

Підказка: спочатку знайдіть n(P₂O₅).

РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ПОНЯТТЯ «МОЛЬ»

Задачі, в яких відомо або кількість речовини, або загальне число частинок (молекул, атомів, йонів)

Розв'яжіть задачі, користуючись прикладами.

Приклад 1. Скільки молекул міститься в 0,25 моль кисню?

Пояснення до розв'язання:

За формулою N = n · N_A знаходимо число молекул кисню:

N(O₂) = 0,25 моль · 6,02 · 10²³ 1/моль = 1,505 · 10²³.

Відповідь: у 0,25 моль кисню міститься 1,505 · 10²³ молекул цього газу.

1. Визначте число молекул, які містяться в 3 моль H₂O.

Відповідь: 1,806 · 10²⁴.

2. Визначте число молекул, які містяться у 8 моль карбон(ІІ) оксиду.

Відповідь: 4,816 · 10²⁴.

3. Визначте число атомів, які містяться в 0,7 моль Карбону (алмаза).

Відповідь: 4,214 · 10²³.

4. Скільки молекул міститься:

• а) в 1 моль амоніаку (NH₃);
• б) у 6 моль амоніаку;
• в) у 0,5 моль амоніаку?

Відповідь: а) 6,02 · 10²³; б) 3,612 · 10²⁴; в) 3,01 · 10²³.

Приклад 2. Яку кількість речовини становить 3,612 · 10²³ атомів Фосфору?

Пояснення до розв'язання:

Відповідь: кількість речовини атомів Фосфору = 0,6 моль.

5. Яка кількість речовини становить:

• 6,02 · 10²³ атомів Магнію;
• 3,01 · 10²³ молекул води;
• 1,204 · 10²⁴ молекул хлору?

Відповідь: 1 моль; 0,5 моль; 2 моль.

6. Яка кількість речовини становить 4 · 10²⁵ молекул нітроген(ІІ) оксиду?

Відповідь: 66 моль.

Зверніть увагу на ступінь числа 10! За необхідністю слід згадати обчислення зі ступенями з курсу математики.

7. Більшу кількість речовини становить 24 · 10²² або 2 · 10²⁴ атомів Алюмінію?

Відповідь: більшу кількість речовини алюмінію становить 2 · 10²⁴ атомів Алюмінію.

8. Установіть відповідність.

• а) 6 · 10²³
• б) 1,505 · 10²⁴
• в) 1,505 · 10²³
• 1) 2,5 моль
• 2) 0,25 моль
• 3) 1 моль

Відповідь: а) 3; б) 1; в) 2.

9. Скільки атомів Оксигену міститься у 2 моль води?

Тут потрібно звернути увагу на питання задачі: атомів Оксигену! В 1 моль молекул H₂O 1 моль атомів Оксигену, у 2 моль — 2H₂O — 2 моль атомів Оксигену. (Коефіцієнт 2, який стоїть перед H₂O, має відношення до всієї формули, отже, у 2 моль молекул H₂O 4 моль атомів Гідрогену й 2 моль атомів Оксигену. Ключові слова «молекула» й «атом».)

Відповідь: 1,204 · 10²⁴.

10. Скільки атомів Гідрогену міститься у воді кількістю речовини 2 моль?

Відповідь: 2,408 · 10²⁴.