Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Сиротюк
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 35. Маса атомів і молекул. Кількість речовини
Ви вже знаєте, що, атоми і молекули складаються з певної кількості елементарних частинок - електронів, протонів і нейтронів, які мають масу. Отже, атоми і молекули всіх речовин також мають певну масу. Маси атома і молекули надзвичайно малі. Сьогодні їх вимірюють з дуже великою точністю за допомогою спеціальних приладів - мас-спектрометрів.
У таблиці 1 наведено значення мас деяких атомів, поданих у кілограмах. Слід зазначити, що в цьому випадку маси навіть найважчих атомів - Плюмбуму та Урану - виражаються дуже малими і тому незручними для розрахунків числами.
Таблиця 1
Значення мас деяких атомів
Елемент |
Маса атома |
|
10-27 кг |
а.о.м. |
|
Гідроген Гелій Карбон Нітроген Оксиген Хлор Ферум Плюмбум Уран |
1,67 6,64 19,9 23,2 26,6 58,9 92,8 344 394 |
1,008 4,003 12,00 14,01 15,99 35,5 55,9 207,2 238,03 |
Щоб усунути цю незручність, для вимірювання мас атомів і молекул було прийнято спеціальну одиницю - атомну одиницю маси (а.о.м.). За атомну одиницю маси беруть 1/12 частку маси атома Карбону. Користуючись даними таблиці 1, легко розрахувати, що 1 а.о.м. = 1,66 • 10-27 кг, і визначити масу атомів усіх хімічних елементів в а.о.м.
Атомна маса - маса атома, виміряна в атомних одиницях маси. Молекулярна маса - маса молекули, виміряна в атомних одиницях маси.
Молекулярна маса є сумою атомних мас атомів, які утворюють цю молекулу. Визначимо, наприклад, молекулярну масу оксиду Карбону - так званого вуглекислого газу. Хімічна формула цієї речовини СО2, отже, її молекулярна маса (з точністю до цілих) m = 12 а.о.м. + 2 • 16 а.о.м. = 44 а.о.м. Аналогічно можна визначити молекулярну масу будь-якої речовини.
Визначимо молекулярну або атомну масу деяких речовин і результати обчислень запишемо в таблицю 2. Візьмемо стільки грамів кожної речовини, скільки атомних одиниць маси містить одна її молекула або атом, тобто 12 г вуглецю, 32 г кисню, 28 г азоту і т.д.
Моль даної речовини - кількість речовини, маса якої у грамах дорівнює її молекулярній або атомній масі.
Позначають масу моля даної речовини (молярну масу) літерою μ. Одиницею молярної маси в СІ є один кілограм на моль (1 кг/моль).
Отже, один моль вуглецю дорівнює 12 • 10-3 кг/моль, кисню 32 • 10-3 кг/моль, води 18 • 10-3 кг/моль.
Таблиця 2
Молекулярна маса деяких речовин
Речовина |
Хімічна формула |
Молекулярна маса, а.о.м. |
Молярна маса, г/моль |
Карбон |
С |
12 |
12 |
Оксиген |
О2 |
32 |
32 |
Азот |
N2 |
28 |
28 |
Вода |
Н2О |
18 |
18 |
Аміак |
ΝΗ3 |
17 |
17 |
Знаючи масу одного моля і масу однієї молекули (атома), визначимо число молекул, що містяться в одному молі різних речовин. Якщо виконати відповідні розрахунки (зробіть це самостійно), то для всіх речовин результати будуть однаковими, тобто в одному молі будь-якої речовини міститься однакове число атомів або молекул: N = 6,02 • 1023 1/моль (моль-1). Це - закон Амадео Авогадро (1776-1856) - один з фундаментальних законів молекулярної фізики. Число атомів або молекул, що містяться в одному молі речовини, має назву сталої Авогадро.
Усі тіла, що нас оточують, складаються з різних речовин. І цеглина, і пігулка ацетилсаліцилової кислоти, і склянка води містять певну кількість речовини. Про кількість речовини, яка міститься всередині тіла, можна судити за кількістю його абсолютно однакових структурних елементів, з яких воно складається. Такими структурними елементами можуть бути молекули, йони, атоми та інші частинки, з яких побудована речовина. Проте число частинок, які утворюють макроскопічні тіла, таке велике, що практично їх порахувати неможливо. Тому для визначення кількості речовини, що утворює дане тіло, домовилися порівнювати число частинок, з яких воно складається, із числом частинок, що містяться в одному молі Карбону.
Величину, яку визначають відношенням числа структурних елементів Ν, з яких складається дане тіло, до атомів NА, що містяться в одному молі Карбону, називають кількістю речовини (позначають літерою ν (ню)):
За одиницю кількості речовини в СІ приймають таку її кількість, яка міститься в одному молі Карбону.
Одиницею кількості речовини є моль. Якщо кількість речовини дорівнює 1,5 моля, то це означає, що дане тіло містить у 1,5 раза більше частинок (молекул, атомів, йонів), а значить, і речовини, ніж її міститься у 12 г (в одному молі) Карбону.
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
• У нашому тілі є найбільша в природі молекула - перша хромосома. Вона складається з 10 мільярдів атомів і здатна зберігати велику кількість генів.
• Тіло людини складається приблизно з 7 октиліонів атомів. Але ці атоми здебільшого - лише порожнеча. Без неї тіло можна було б стиснути в об’єм, що дорівнює об’єму куба зі стороною 1/500 см.
• Будь-який атом нашого тіла має вік мільярди років. Найважливіша складова нашого тіла і найпоширеніший елемент у Всесвіті - Гідроген - виник під час Великого вибуху близько 13,7 млрд років тому. Інші атоми (такі як Карбон і Оксиген) виникли в зорях 7-12 млрд років тому. Вони були викинуті в космос під час вибуху зір. Тому вчені вважають, що наше тіло - зоряний пил. Погодьтесь, наше тіло - диво з точки зору науки.
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
- 1. Що таке атомна одиниця маси?
- 2. Що таке молекулярна маса? Молярна маса?
- 3. Чому дорівнює число Авогадро?
- 4. Як визначають масу одного атома або молекули?
- 5. Що таке кількість речовини? Яка її одиниця в СІ?
РОБОТА У ГРУПАХ
• Об’єднайтеся в групи та створіть мультимедійну презентацію про історію становлення молекулярно-кінетичної теорії.
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України