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 N_А, 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