1. Відносна молекулярна (атомна) маса
2. Кількість речовини
1. ВІДНОСНА МОЛЕКУЛЯРНА (АТОМНА) МАСА
Маси атомів і молекул, як і будь-які маси, можна виражати в кілограмах: наприклад, маса молекули води дорівнює приблизно 3 10 26 кг. Однак набагато зручніше порівнювати маси атомів і молекул з масою найлегшого атома — атома Гідроґену, оскільки маси всіх атомів і молекул з достатньо високою точністю кратні масі цього атома. Наприклад, маса атома Карбону приблизно у 12 разів більша від маси атома Гідроґену.
Ми не випадково згадали про Карбон: із суто технічних причин1 як атомну одиницю маси (скорочено а.о.м.) вибрали саме 1/12 маси атома Карбону. Однак для більшості розрахунків (у тому числі під час розв’язання задач) можна прийняти, що 1 а.о.м. дорівнює масі атома Гідроґену.
Масу молекули, виражену в атомних одиницях маси, називають відносною молекулярною масою. Відносна молекулярна маса позначається Мг.
Отже,
відносна молекулярна маса Мг дорівнює відношенню маси т0 молекули даної речовини до 1/12 маси атома Карбону
Приклади
1. Відносна молекулярна маса Гелію дорівнює 4, бо гелій — одноатомний газ і маса атома Гелію в 4 рази більша від маси атома Гідроґену, яку можна вважати рівною 1 а.о.м.
2. Відносна молекулярна маса водню дорівнює 2 (бо водень — двохатомний газ).
Аналогічно відносній молекулярній масі визначається і відносна атомна маса як маса атома, виражена в атомних одиницях маси.
ЯК ЗНАЙТИ ВІДНОСНУ АТОМНУІ МОЛЕКУЛЯРНУ МАСУ
Значення відносної атомної маси для даної речовини можна знайти за допомогою періодичної системи елементів (таблиці Менделєєва), округливши наведене в ній значення до цілого1. Наприклад, відносні атомні маси Гелію, Карбону і Оксиґену дорівнюють відповідно 4, 12 і 16.
Щоб знайти відносну молекулярну масу речовини, треба знати її хімічну формулу і відносні атомні маси атомів, що входять до складу молекули даної речовини.
Наприклад, відносна молекулярна маса води дорівнює 18, бо згідно з хімічною формулою води (Н20) молекула води складається з двох атомів Гідроґену (з відносною атомною масою 1) та одного атома Оксиґену (з відносною атомною масою 16).
2. КІЛЬКІСТЬ РЕЧОВИНИ
Величину, що визначає кількість молекул у даному зразку речовини, називають кількістю речовини. Про два тіла, що складаються з однакової кількості молекул, говорять, що вони мають однакову кількість речовини, хоча маси цих тіл можуть суттєво відрізнятися.
ОДИНИЦЯ КІЛЬКОСТІ РЕЧОВИНИ — МОЛЬ
Як одиницю кількості речовини вибрали таку кількість молекул, щоб їхня загальна маса, виражена в грамах, чисельно дорівнювала відносній молекулярній масі. Цю одиницю кількості речовини назвали моль.
Оскільки 1 а.о.м. дорівнює 1/12 маси вуглецю, то
один моль — це кількість речовини, що містить стільки ж
молекул, скільки атомів Карбону міститься у 12 г вуглецю.
Кількість речовини в зразку, виражену в молях, позначають V.
Для більшості розрахунків (у тому числі під час розв’язування задач) можна прийняти, що один моль містить стільки ж молекул, скільки атомів Гідроґену міститься в 1 г водню.
Приклади
1. Один моль водню (Н2) має масу 2 г, оскільки відносна молекулярна маса водню дорівнює 2 (нагадаємо, що молекула водню складається з двох атомів).
2. Один моль кисню (02) має масу 32 г.
3. Один моль води (Н20) має масу 18 г (приблизно одна столова ложка).
Тіла з різних речовин, що містять однакову кількість речовини (тобто однакову кількість молекул), мають зазвичай різні маси: тіло, молекули якого більш масивні, має і більшу масу. Наприклад, маса одного моля кисню в 16 разів більша від маси одного моля водню.
СТАЛА АВОГАДРО
Відповідно до означення моля, в одному молі будь-якої речовини міститься однакова кількість молекул. Вимірювання показали, що вона дорівнює 6-Ю23 (точніше 6,02 1023). На честь італійського вченого Амедео Авогадро, який відкрив, що багато властивостей тіл (особливо газів) визначаються саме кількістю молекул,
Величезне значення сталої Авогадро можна спробувати уявити, удавшись до «всесвітніх масштабів».
Астрономи оцінили: кількість галактик у частині Всесвіту, що спостерігається, — близько мільярда (10е), а кожна галактика містить сотні мільярдів зір (приблизно 10й). Отже, кількість зір у частині Всесвіту, що спостерігається, — близько Ю20. Це дуже величезне число, але воно в тисячі разів менше за сталу Авогадро, тобто менше за кількість молекул в одній столовій ложці води!
Прояснимо зміст сталої Авогадро на конкретному прикладі.
Маса одного моля води, що містить Nк молекул, дорівнює 18 г, а маса однієї молекули води дорівнює 18 а.о.м. Таким чином, стала Авогадро є перевідним множником між грамом і атомною одиницею маси: в одному грамі міститься якраз Na атомних одиниць маси1.
Молярна маса. Масу одного моля речовини називають молярною масою. Молярну масу позначають М і вимірюють у кг/моль.
Наприклад, молярна маса води дорівнює 18 г/моль = = 18 ■ 1(Г3 кг/моль, а молярна маса водню дорівнює 2 г/моль = = 2 • 10 3 кг/моль.
ДЕЯКІ КОРИСНІ СПІВВІДНОШЕННЯ
Кількість молекул N у тілі пов’язана з кількістю речовини v співвідношенням N = viVA.
Наприклад, якщо в тілі 2 моля, то в ньому 1,2-Ю24 молекул, а якщо в тілі 3 • 1024 молекул — то в ньому 5 молів.
В одному молі речовини масою М міститься NA молекул масою т0 кожна, тому т0 = M/NA .
Оскільки М — маса одного моля, то кількість речовини у тілі масою т дорівнює v = т/М. Кількість молекул у тілі
Приклади
1. У 180 г води міститься 10 молів (оскільки маса одного моля води дорівнює 18 г) і, отже, 6 • 1024 молекул.
2. У 1 кг водню міститься 500 молів (маса одного моля водню дорівнює 2 г) і, отже, 3 • 102н молекул.
ПРО ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ
Атомна одиниця маси (а.о.м.) дорівнює 1/12 маси атома Карбону. З достатньою точністю можна вважати, що атомна одиниця маси дорівнює масі атома Гідроґену.
Відносна молекулярна маса Мг дорівнює масі молекули, вираженій в атомних одиницях маси.
Один моль — це кількість речовини, що містить стільки ж молекул, скільки атомів Карбону міститься в 12 г вуглецю. Кількість речовини в молях позначають v.
Сталою Авогадро називають кількість молекул в одному молі:
Молярна маса речовини М дорівнює масі одного моля цієї речовини. Маса тіла т пов'язана з молярною масою співвідношенням т = A/v. Маса т0 молекули речовини пов'язана з його молярною масою співвідношенням
ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ
Перший рівень
1. Що таке атомна одиниця маси?
2. Що таке відносна молекулярна (атомна) маса?
3. Як визначити відносну молекулярну (атомну) масу?
4. Чому дорівнює відносна атомна маса Гідроґену?
5. Чому дорівнює відносна молекулярна маса кисню?
6. Що таке кількість речовини?
7. Як визначають одиницю кількості речовини?
8. Скільки молекул в одному молі?
9. Що таке стала Авогадро? Чому вона дорівнює?
10. Що таке молярна маса?
Другий рівень
11. Чому дорівнює відносна молекулярна маса води?
12. Яка маса одного моля вуглекислого газу?
13. Скільки молів у літрі води?
14. Як пов'язані маса молекули, молярна маса та стала Авогадро?
15. Чому дорівнює маса молекули метану (СН4)?
16. Як знайти кількість молекул у даному тілі, якщо відомі маса тіла та молярна маса речовини?
17. Скільки молекул міститься в 1 г вуглекислого газу (С02)?
18. Відносна молекулярна маса певної речовини дорівнює 100 а.о.м. Скільки молів цієї речовини міститься в зразку масою 2 кг?
19. Скільки молекул у краплі води масою 0,1 г?
20. Скільки молекул міститься в повній склянці води об'ємом 200 см3?
21. Який об'єм краплі води, якщо в цій краплі міститься 1022 молекул?
22. Де більше атомів Оксиґену: у 10 молях води чи 5 молях кисню? У скільки разів?
23. Складіть задачу за темою «Кількість речовини. Стала Авогадро», відповіддю якої було б «З моль».
Це матеріал з підручника Фізика 10 клас Генденштейн, Ненашев