Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович

Тема 3. Кількість речовини. Розрахунки за хімічними формулами

У цьому розділі ви дізнаєтеся...

• якими одиницями вимірюють речовини;
• що це за звір — моль;
• чи можна перелічити молекули;
• як можна вимірювати масу та об'єм моля;
• чому умови бувають ненормальними;
• чи може густина бути відносною.

§ 22. Кількість речовини. Моль — одиниця кількості речовини. Число Авоґадро

Пригадайте:

• усі речовини складаються з дуже маленьких частинок; найменші з них — атоми, для зручності ми їх уявляємо у вигляді кульок;
• атоми можуть об'єднуватися один з одним і утворювати молекули;
• кожна речовина характеризується лише їй притаманними молекулами.

Кількість речовини — фізична величина

Майже все, що людина бачить навколо себе, вона намагається описати кількісними характеристиками. Так, коли ми витрачаємо воду, ми обчислюємо її об’єм: скільки літрів (або кубометрів) її витекло з крана. Купуючи цукерки, ми вказуємо їхню масу: скільки грамів треба зважити. Але за певних обставин знання маси або об’єму буде недостатнім. Наприклад, нам потрібно купити стільки яблук, щоб вистачило на всіх учнів у школі. Досить складно на ринку полічити тисячу чи дві тисячі яблук. Значно простішим буде полічити ящики яблук (за умови, що ми знаємо, скільки яблук міститься в одному ящику). Тобто в цьому випадку ми рахуємо не окремі частинки, а кількість груп (порцій) частинок (мал. 22.1).

Мал. 22.1. Кількісні характеристики

Для розуміння хімічних явищ і процесів не завжди потрібно знати масу чи об’єм речовини. Часто для визначення кількості речовини набагато важливіше знати кількість атомів чи молекул, зокрема під час складання рівнянь хімічних реакцій.

Для визначення кількості частинок використовують спеціальну фізичну величину — кількість речовини. Її позначають латинською літерою n.

Вона показує, скільки частинок (структурних одиниць) речовини міститься в тому чи іншому зразку.

Для речовин молекулярної будови такими частинками є молекули, а для речовин немолекулярної будови такими частинками можуть бути атоми або йони.

Кількість речовини — фізична величина, що характеризує кількість структурних одиниць речовини (атомів, молекул, йонів тощо).

Моль — одиниця вимірювання кількості речовини

Атоми й молекули дуже малі, тому не дивно, що їх у навколишньому світі незліченна кількість. Навіть у найменшому кристалі цукру міститься понад мільярд мільярдів молекул. Тому практично неможливо перераховувати окремі молекули. Для вимірювання кількості речовини використовують спеціальну одиницю — моль.

1 моль — це така кількість речовини, що містить 6,02 • 10²³ структурних одиниць цієї речовини (атомів, молекул, йонів тощо).

До кількості речовини слід ставитися, як до звичайного числа, що дозволяє виразити кількість атомів або молекул у певній порції речовини (мал. 22.2). У тому, що один моль речовини містить таку «екзотичну» кількість частинок, немає нічого незвичайного. Подібні числа (або порції) нам трапляються досить часто, і використовуємо ми їх для вимірювання маси, об’єму, часу й навіть грошей. Більшість із них є досить простими числами. Наприклад, одна тонна — це одна тисяча кілограмів, один кубічний метр — одна тисяча літрів, одна година — 60 хвилин, одна гривня — сто копійок. Існують також величини вимірювання, що не кратні десяти: одна доба — 24 години, одна дюжина — 12 штук, один карат — 0,2 грама, а один світловий рік — це майже 9,5 • 10¹² кілометрів.

Мал. 22.2. Для вимірювання кількості можна користуватися різними одиницями: олівці рахують штуками, папір — аркушами, атоми — молями

У кожної речовини є власні структурні одиниці. Наприклад, вугілля складається з атомів Карбону, а сірка — з молекул S₈. Тому зразки різних речовин кількістю речовини 1 моль мають різні маси та об’єми (мал. 22.3).

Мал. 22.3. Зразки речовин кількістю 1 моль

Число Авоґадро

Число 6,02 • 10²³ називають числом Авоґадро на честь італійського науковця Амедео Авоґадро. Чому саме таке число було обране для визначення моля речовини? Стільки атомів міститься у зразку вуглецю масою 12 г, що в сучасній науці використовують як стандарт для визначення атомної одиниці маси. Зважаючи на це, можна дати ще одне визначення моля:

1 моль — це така кількість речовини, у якій кількість частинок (атомів чи молекул) дорівнює кількості атомів Карбону ¹²С, що міститься в зразку вуглецю масою 12 г.

Лоренцо Романо Амедео Карло Авоґадро ді Кваренья ді Черето

(1776-1856)

Італійський фізик і хімік. Народився в Турині в родині судового службовця. Здобув юридичну освіту, після чого став доктором церковного законознавства. У 24 роки почав самостійно вивчати природничі науки. Із 1809 року викладав у Туринському університеті на посаді професора вищої фізики. Увів у науку поняття «молекула» і «молекулярна вага». На основі відкритого ним закону розробив метод визначення молекулярних і атомних мас. Першим з'ясував, що формула води — Н₂О, а не НО, як уважали раніше. Визначив склад багатьох речовин: водню, кисню, азоту, амоніаку, оксидів Нітрогену, Фосфору тощо. Уперше правильно визначив атомну масу багатьох елементів. Заклав основи атомно-молекулярної теорії. Однак його праці було визнано на Міжнародному конгресі у Карлсруе 1860 року лише після його смерті.

Числу Авоґадро чисельно дорівнює стала Авоґадро Ν_Α. Ця стала, на відміну від числа Авоґадро, виражається в одиницях на моль (1/моль або моль^-1):

Ν_A = 6,02 • 10²³ моль^-1

Для більшості розрахунків число Авоґадро округляють до 6 • 10²³.

Відомо, що один атом Карбону нукліда ¹²С має масу 1,9993 • 10^-23 г. Отже, у 12 грамах такого вуглецю кількість атомів Карбону дорівнює:

Із курсу хімії 7 класу вам відомо, що одна атомна одиниця маси дорівнює 1,66 • 10^-24 г. Добуток атомної одиниці маси й числа Авоґадро дорівнює 1 г:

1,66 • 10^-24 г • 6,02 • 10²³ = 1 г

Тож, визначення моля безпосередньо пов'язане з визначенням одиниці маси атомів і молекул, а число Авоґадро є коефіцієнтом пропорційності між масою атомів та їхньою відносною атомною масою.

Розв'язання задач із використанням кількості речовини

Знаючи сталу Авоґадро, можна будь-яку кількість речовини виразити в молях. Якщо речовина містить N молекул (або структурних одиниць), то кількість речовини дорівнює:

Навпаки, знаючи кількість речовини в молях, можна обчислити кількість частинок:

Ν = n • Ν_Α

Задача 1. У кімнаті міститься 2,77 • 10²⁶ молекул кисню. Обчисліть кількість речовини кисню в кімнаті.

Задача 2. Обчисліть, скільки атомів Оксигену й Гідрогену містяться у воді кількістю речовини 5 моль.

Задача 3. У склянці міститься близько 11 моль молекул води. Обчисліть кількість молекул у склянці.

Лінгвістична задача

Слова «моль» і «молекула» мають спільний корінь і походять від латинських слів. Слово «молекула» було трансформовано зі словосполучення молес-корпускула або мас-корпускула. Як ви вважаєте, що латиною означає слово «молес»?

• Зробити висновок про те, наскільки величезне чисельне значення сталої Авоґадро, можна за таким порівнянням: площа поверхні нашої планети дорівнює 510 млн км². Якщо рівномірно розсипати по всій поверхні 6,02 • 10²³ піщинок діаметром лише 1 мм, то вони утворять шар піску завтовшки понад один метр.

• У наш час добуто силіцій чистотою 99,9999999%. Це означає, що серед одного мільярда атомів Силіцію міститься лише один атом іншого елемента. Він отриманий для дуже точного визначення сталої Авоґадро.

• В Америці науковці святкують День числа Авоґадро. Святкування відбувається від 6 години 02 хвилини ранку 23 жовтня до 6 години 02 хвилини наступного дня.

Висновки

• 1. Кількість речовини — одна з фізичних величин, що дозволяє вимірювати кількісні характеристики речовини. Вона показує кількість структурних одиниць речовини в певному зразку.
• 2. Кількість речовини позначають буквою n; одиниця вимірювання — моль. У речовині кількістю 1 моль міститься 6,02 • 10²³ структурних одиниць цієї речовини (атомів, молекул, йонів тощо).
• 3. Число 6,02 • 10²³ називають числом Авоґадро. Воно дорівнює кількості атомів Карбону, що міститься в зразку вуглецю масою 12 г. Стала Авоґадро позначається символом Ν_Α і дорівнює 6,02 • 10²³ моль^-1.

Контрольні запитання

• 1. Дайте визначення поняттям «кількість речовини» та «моль».
• 2. Яку розмірність має стала Авоґадро? Чому дорівнює її значення?
• 3. Запропонуйте спосіб, у який можна наочно продемонструвати, наскільки велике число Авоґадро.
• 4. Наведіть формулу для обчислення кількості речовини за відомою кількістю частинок.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. У ложці води міститься близько 0,5 моль речовини. Обчисліть кількість молекул води в ложці.

2. У склянку вміщується близько 1,5 моль цукру. Обчисліть кількість молекул цукру в склянці.

3. У повітряній кулі міститься близько 0,9 • 10²³ молекул азоту. Обчисліть кількість речовини азоту (у молях).

4. Визначте кількість речовини атомів Оксигену, що міститься у вуглекислому газі СО₂ кількістю: а) 0,5 моль; б) 2 моль.

5. Обчисліть кількість речовини озону О₃, якщо кількість атомів Оксигену в ньому становить: а) 3 • 10²³; б) 0,6 • 10¹⁹; в) 3 моль; г) 0,18 моль.

6. Визначте кількість речовини атомів кожного хімічного елемента, що міститься в 1 моль наведених сполук: а) Сl₂; б) H₂SO₄; в) Н₃РО₄; г) Fe₂O₃; д) Са(ОН)₂.