Атомы и молекулы – мельчайшие частицы вещества, поэтому в качестве единицы измерения можно выбрать массу одного из атомов и выражать массы других атомов в соотношении с выбранной. Так что же такое молярная масса, и какова ее размерность?
Основоположником теории атомных масс был ученый Дальтон, который составил таблицу атомных масс и принял массу атома водорода за единицу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества. Моль, в свою очередь, – количество вещества, в котором содержится определенное количество мельчайших частиц, которые участвуют в химических процессах. Количество молекул, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Эта величина является постоянной и не изменяется.
Рис. 1. Формула числа Авогадро.
Таким образом, молярная масса вещества – это масса одного моля, в котором находится 6,02*10^23 элементарных частиц.
Число Авогадро получило свое название в честь итальянского ученого Амедео Авагадро, который доказал, что число молекул в одинаковых объемах газов всегда одинаково
Молярная масса в Международной системе СИ измеряется в кг/моль, хотя обычно эту величину выражают в грамм/моль. Эта величина обозначается английской буквой M, а формула молярной массы выглядит следующим образом:
где m – масса вещества, а v – количество вещества.
Рис. 2. Расчет молярной массы.
Вычислить молярную массу того или иного вещества поможет таблица Д. И. Менделеева. Возьмем любое вещество, например, серную кислоту.Ее формула выглядит следующим образом: H 2 SO 4 . Теперь обратимся к таблице и посмотрим, какова атомная масса каждого из входящих в состав кислоты элементов. Серная кислота состоит из трех элементов – водород, сера, кислород. Атомная масса этих элементов соответственно – 1, 32, 16.
Получается, что суммарная молекулярная масса равна 98 атомных единиц массы (1*2+32+16*4). Таким образом, мы выясняли, что один моль серной кислоты весит 98 грамм.
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе, если структурными единицами вещества являются молекулы. Молярная масса вещества также может быть равна относительной атомной массе, если структурными единицами вещества являются атомы.
Вплоть до 1961 года за атомную единицу массы принимали атом кислорода, но не целый атом а его 1/16 часть. При этом химическая и физическая единицы массы не были одинаковыми. Химическая была на 0,03% больше, чем физическая.
В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной е.а.м. выбрана 1/12 часть массы атома углерода.
Рис. 3. Формула единицы атомной массы углерода.
Молярная масса любого газа или пара измеряется очень легко. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.
Понятие молярной массы является очень важным для химии. Ее расчет необходим для создания полимерных комплексов и множества других реакций. В фармацевтике с помощью молярной массы определяют концентрацию данного вещества в субстанции. Также молярная масса важна при провидении биохимических исследований (обменный процесс в элементе).
В наше время благодаря развитию науки известны молекулярные массы практически всех составляющих крови, в том числе и гемоглобина.
Понятие моль используют для измерения химических веществ. Выясним особенности этой величины, приведем примеры расчетных заданий с ее участием, определим важность данного термина.
Моль в химии - это единица вычисления. Она представляет собой количество определенного вещества, в котором находится столько структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится в 12 граммах атома углерода.
Количество вещества связано с числом Авогадро, которое составляет 6*10^23 1/моль. Для веществ молекулярного строения считают, что один моль включает именно число Авогадро. Если нужно посчитать число молекул, содержащееся в 2 молях воды, то необходимо умножить 6*10^23 на 2 , получаем 12*10^23 штук. Давайте рассмотрим, какую роль играет моль в химии.
Вещество, которое состоит из атомов, содержит число Авогадро. Например, для атома натрия это 6*10*23 1/моль. Каково его обозначение? Моль в химии обозначают греческой буквой «ню» или латинской «n». Для проведения математических вычислений, связанных с количеством вещества, используют математическую формулу:
n=N/N(A), где n - количество вещества, N(A) - число Авогадро, N - количество структурных частиц вещества.
При необходимости можно вычислить число атомов (молекул):
Фактическая масса моля называется молярной. Если количество вещества определяют в молях, то величина молярной массы имеет единицы измерения г/моль. В численном выражении она соответствует значению относительной молекулярной массы, которую можно определить путем суммирования относительных атомных масс отдельных элементов.
Например, для того чтобы определить молярную массу молекулы углекислого газа, необходимо провести следующие расчеты:
M (CO2)=Ar(C)+2Ar(O)=12+2*16=44
При вычислении молярной массы оксида натрия получаем:
M (Na2O)=2*Ar(Na)+Ar(O)=2*23+16=62
При определении молярной массы серной кислоты суммируем две относительные атомные массы водорода с одной атомной массой серы и четырьмя относительными атомными массами кислорода. Их значения всегда можно найти в периодической таблице Менделеева. В итоге получаем 98.
Моль в химии позволяет проводить разнообразные расчеты, связанные с химическими уравнениями. Все типовые расчетные задачи в неорганической и органической химии, которые предполагают нахождение массы и объема веществ, решаются именно через моли.
Молекулярная формула любого вещества указывает на количество молей каждого элемента, включенного в его состав. Например, один моль фосфорной кислоты содержит три моля атомов водорода, один моль атомов фосфора и четыре моля атомов кислорода. Все достаточно просто. Моль в химии является переходом из микромира молекул и атомов в макросистему с килограммами и граммами.
Задача 1. Определите число молекул воды, содержащихся в 16,5 молях.
Для решения используем связь между числом Авогадро (количество вещества). Получаем:
16,5*6,022*1023 = 9,9*1024 молекул.
Задача 2. Рассчитайте число молекул, содержащихся в 5 г углекислого газа.
Сначала необходимо вычислить молярную массу данного вещества, воспользовавшись ее связью с относительной молекулярной массой. Получаем:
N=5/44*6,023*1023=6,8*1023 молекул.
При вычислении массы или продуктов реакции по уравнению используют определенный алгоритм действий. Сначала определяют, какое из исходных веществ в недостатке. Для этого находят их количество в молях. Далее составляют уравнение процесса, обязательно расставляют стереохимические коэффициенты. Над веществами записывают исходные данные, под ними указывают количество вещества, взятое в молях (по коэффициенту). В случае необходимости осуществляют перевод единиц измерения, пользуясь формулами. Далее составляют пропорцию и решают ее математическим способом.
Если предлагается более сложная задача, то предварительно вычисляют массу чистого вещества, убирая примеси, потом уже приступают к определению его количества (в молях). Ни одна задача в химии, связанная с уравнением реакции, не решается без такой величины, как моль. Кроме того с помощью данного термина, легко можно определить количество молекул или атомов, воспользовавшись для таких вычислений постоянным числом Авогадро. Расчетные задания включены в тестовые вопросы по химии для выпускников основной и средней общеобразовательной школы.
Домашняя моль – плохой сосед для человека. Конечно, она не кусает кожу, зато портит вещи и продукты. И, когда внезапно по квартире начинают летать бурые бабочки, лучше сразу забить тревогу. Откуда появляется моль в квартире? Стоит выяснить данный вопрос подробнее, чтобы быть во всеоружии против летающего насекомого.
Внимание: Пищевую моль неподготовленный человек не отличит от платяной, но разница между ними большая. Этот вид бабочек откладывает яйца прямо в продукты питания – орехи, крупы, муку, и личинки их усиленно поедают.
От чего заводится моль в квартире, стоит знать всем, ведь порой даже самые аккуратные, поглаженные и вычищенные вещи оказываются зараженными этой напастью. Бабочка или яйца могут попасть в дом разными способами. Если у человека вдруг заводится мебельная моль, это, вероятно, произошло после покупки мебели – порой даже новой.
Откуда появляется кухонная моль в квартире? Если моль замечена на кухне, она, скорее всего, попала туда в охоте за пищевыми продуктами:
Пищевая моль, привлеченная запахом такой пищи, может проникать в жилье от соседей, из подъезда. Но в большинстве случаев ее яйца уже имеются в продуктах питания, особенно, когда они продаются на развес. Важные причины заражения продуктов на складах – сырость, плохое проветривание, нарушение герметичности упаковок.
Внимание: Пищевая моль, точнее, ее гусеницы, очень живучи. В коконе они живут даже в неблагоприятных условиях очень долго, пока не попадут в более подходящую для себя среду. В тепле, сырости они выводятся и поедают все, что смогут.
Профилактические мероприятия, которые предотвратят появление непрошеных жильцов, несложны. Пронося в дом старые вещи, их надо правильно дезинфицировать – стирать, чистить. Особенное внимание уделить надо неновой мебели – креслам, стульям, диванам, где бабочки и их личинки обитают чаще всего. Крупные изделия рекомендуется тщательно проветривать или подержать под прямыми солнечными лучами – насекомые гибнут в таких условиях.
Прочие меры профилактики заражения вещей молью:
На кухне все продукты нужно держать в контейнерах, крышки которых плотно подогнаны. Испорченную муку и крупу с червячками следует сразу же выбрасывать.
Шкафы кухонного гарнитура надо регулярно мыть, протирать. В них можно разложить лаванду для отпугивания насекомых. Если же вредители все-таки проникли в дом, придется без жалости расстаться с испорченными продуктами и вещами, а после применить средства для борьбы с ними (инсектициды).
Советы, которые помогут избавиться от моли:
Моль - одно из важнейших понятий в химии, - это, своего рода, звено для перехода из микромира атомов и молекул в обычный макромир граммов и килограммов.
В химии часто приходится считать большие количества атомов и молекул. Для быстрого и эффективного подсчета принято пользоваться методом взвешивания. Но при этом надо знать, вес отдельных атомов и молекул. Для того, чтобы узнать молекулярную массу надо сложить массу всех атомов, входящих в соединение.
Возьмем молекулу воды H 2 O, которая состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Из периодической таблицы Менделеева узнаем, что один атом водорода весит 1,0079 а.е.м. ; один атом кислорода - 15,999 а.е.м. Теперь, чтобы вычислить молекулярную массу воды, надо сложить атомные массы компонентов молекулы воды:
H 2 O = 2·1,0079 + 1·15,999 = 18,015 а.е.м.
Например, для сульфата аммония молекулярная масса будет равна:
Al 2 (SO 4) 3 = 2·26,982 + 3·32,066 + 12·15,999 = 315, 168 а.е.м.
Вернемся опять к повседневной жизни, в которой мы привыкли пользоваться такими понятиями, как пара, десяток, дюжина, сотня. Все это своеобразные единицы измерения определенных объектов: пара ботинок, десяток яиц, сотня скрепок. Подобной единицей измерения в химии является МОЛЬ .
Современная наука с высокой точностью определила число структурных единиц (молекулы, атомы, ионы…), которые содержатся в 1 моле вещества - это 6,022·10 23 - постоянная Авогадро , или число Авогадро .
Все вышесказанное о моле относится к микромиру. Теперь надо увязать понятие моля с повседневным макромиром.
Весь нюанс состоит в том, что в 12 граммах изотопа углерода 12 C содержится 6,022·10 23 атомов углерода, или ровно 1 моль. Таким образом, для любого другого элемента моль выражается количеством граммов, равным атомной массе элемента. Для химических соединений моль выражается количеством граммов, равным молекулярной массе соединения.
Чуть ранее мы выяснили, что молекулярная масса воды равна 18,015 а.е.м. С учетом полученных знаний о моле, можно сказать, что масса 1 моля воды = 18,015 г (т.к., моль соединения - это количество граммов, равных его молекулярной массе). Другими словами, можно сказать, что в 18,015 г воды содержится 6,022·10 23 молекул H 2 O, или 1 моль воды = 1 моль кислорода + 2 моля водорода.
Из приведенного примера понятна связь микромира и макромира через моль:
Число Авогадро ↔ МОЛЬ ↔ кол-во граммов, равных атомной (формульной) массеПриведем несколько практических примеров использования моля:
Задача №1: Сколько молекул воды содержится в 16,5 молях H 2 O?
Решение: 16,5·6,022·10 23 = 9,93·10 24 молекул.
Задача №2: Сколько молей содержится в 100 граммах H 2 O?
Решение: (100 г/1)·(1 моль/18,015 г) = 5,56 моль.
Задача №3: Сколько молекул содержит 5 г диоксида углерода?
Решение:
