Кількість речовини

Матеріал параграфа допоможе вам:

• зрозуміти суть фізичної величини -кількість речовини», а також одиниці її вимірювання — моля;

• з'ясувати, скільки і яких частинок містить 1 моль речовини;

• розв’язувати задачі на обчислення або використання кількості речовини.

Кількість речовини. Вам відомо, що речовини мають різну будову — атомну, молекулярну, йонну. Перетворення одних речовин на інші відбуваються внаслідок сполучення атомів у моле-кули, розпаду молекул на атоми, перегрупування атомів або йонів. Коментуючи реакцію горіння вуглецю

ви скажете, що кожний атом Карбону взаємодіє з однією молекулою кисню з утворенням молекули вуглекислого газу.

Щоб підготувати будь-який хімічний дослід, немає потреби перераховувати атоми, молекули реагентів. Це й неможливо зробити. Хіміки використовують фізичну величину, яка визначається кількістю найменших частинок речовини в певній її порції. Назва цієї величини — кількість речовини. Її позначають латинською літерою п; раніше для цього використовували грецьку літеру V («ню»).

Одиницею вимірювання кількості речовини є моль¹.

Учені визначили, що 1 моль простої речовини атомної будови містить 602 000 000 000 000 000 000 000 атомів. Це число можна записати як 602 · IO²¹ (21 — кількість нулів у першому записі числа), або 6,02· IO²³. В 1 моль речовини молекулярної будови міститься 6,02 · IO²³ молекул¹⁵.

Скільки молекул міститься в 1/2 моль вуглекислого газу?

У разі йонних сполук і складних речовин атомної будови число 6,02· IO²³ стосується груп частинок (йонів, атомів), наявних у хімічній формулі речовини. Такі групи частинок називають формульними одиницями речовин (с. 74). Для натрій хлориду NaCl формульною одиницею є катіон Na¹⁶ і аніон CT, а для силіцій(ІУ) оксиду SiO₂ — атом Силіцію і два атоми Оксигену. Поняття «формульна одиниця» є універсальним;

його використовують також для молекулярних речовин, простих речовин атомної будови. Наприклад, формульна одиниця для води — молекула H₂O, а для заліза — атом Феруму.

1 моль — порція речовини, яка містить 6,02 · 10^2;1 її формульних одиниць (атомів, молекул, груп атомів або йонів).

► Назвіть формульну одиницю для йонної сполуки Li₂O. Скільки формульних одиниць міститься у 2 моль речовини?

Число 6,02 · IO²³ обрано не випадково. Учені визначили, що саме стільки атомів міститься у 12 г найпоширенішого нукліда Карбону ¹²C.

1 моль — порція речовини, яка містить стільки її формульних одиниць, скільки атомів міститься у 12 г нукліда ¹²C.

Уявлення про порції різних речовин в 1 моль можна отримати з малюнка 38.

Поняття «кількість речовини» використовують не лише щодо речовин, а й щодо окремих частинок. Наприклад, 1 моль катіонів Ca² — це 6,02 · IO²³ таких йонів.

Число 6,02 · IO²³ назвали числом Авогадро на честь італійського вченого А. Авогадро. Це число розраховували вчені, починаючи з другої половини XlX ст. Вони використовували результати різних досліджень.

Амедео Авогадро (1776—1856)

Видатний італійський фізик і хімік. Висунув гіпотезу про молекулярну будову речовин, зокрема газів. Відкрив один із законів для газів (1811), згодом названий його іменем. Уточнив атомні маси деяких елементів, визначив склад молекул води, амоніаку, вуглекислого і чадного газів, метану, сірководню тощо. Запропонував експериментальні методи визначення молекулярних мас газоподібних речовин.

Число Авогадро в мільярди разів перевищує кількість волосин на головах, у вусах, бородах усіх людей, які живуть на Землі. Якщо вкрити земну поверхню такою кількістю (6,02 · IO²³) тенісних м’ячиків, то товщина цього «покриття» становитиме приблизно 100 км. Якщо ж розмістити 6,02 · IO²³ атомів Гідрогену, найменших серед усіх атомів, упритул один до одного в лінію, то її довжина становитиме приблизно 6 · IO¹⁰ км. Ниткою такої довжини можна обмотати земну кулю по екватору понад 1 500 000 разів (мал. 39).

Числу Авогадро відповідає стала Авогадро. Її позначення — N_a, а розмірність випливає з такого виразу:

Виведемо формулу для обчислення кількості речовини за кількістю формульних одиниць.

Оберемо речовину молекулярної будови. Припустимо, що її порція містить N молекул. Міркуємо так:

в 1 моль речовини міститься N_a молекул,

в п моль речовини — N молекул.

Звідси

Розв'язування задач. Розв'яжемо задачі, що потребують використання величини «кількість речовини».

ЗАДАЧА 1. У якій кількості речовини алюмінію міститься 3,01 · IO²⁴ атомів?

В 1 моль будь-якої молекулярної речовини завжди міститься більше ніж 1 моль атомів. Наприклад, в 1 моль кисню O₂ — 2 моль атомів Оксигену, а в 1 моль метану CH₁ — 1 моль атомів Карбону і 4 моль атомів Гідрогену або δ моль усіх атомів.

► Які кількості речовини атомів містяться в 1 моль озону O₃, у 2 моль білого фосфору P₁, в 0,5 моль амоніаку NH₃?

Кількості речовини йонів у йонній сполуці обчислюють аналогічно.

Отже, кількості речовини реагентів і продуктів відповідають (або пропорційні) коефіцієнтам у хімічному рівнянні. Це справедливо для будь-якої реакції. Наводимо ще один приклад :

Кількість речовини в хімії визначають за кількістю її частинок (формульних одиниць).

Одиниця вимірювання кількості речовини — моль. 1 моль містить 6,02 · IO^2s формульних одиниць речовини (атомів, молекул, rpjn атомів або йонів). Число 6,02 · IO^2s називають числом Авогадро.

129. Із чим пов'язують кількість речовини в хімії? Назвіть одиницю вимірювання кількості речовини.

130. Визначте кількості речовини атомів кожного елемента:

а) в 1 моль брому Br₂;

б) у 3 моль сірководню H₂S;

в) в 1/3 моль фосфіну PH₃. (Усно.)

131. Замість крапок вставте пропущені цифри:

а) у 3 моль води H₂O міститься ... моль молекул,... моль атомів Гідрогену,... моль атомів Оксигену;

б) у 0,5 моль сульфатної кислоти H₂SO₄ міститься ... моль Гідрогену, ... моль Сульфуру,... моль Оксигену;

в) у 2 моль йонної сполуки Ca(OH)₂ міститься ... моль йонів Ca²⁺ і... моль йонів ОН" або ... формульних одиниць.

132. Виконайте розрахунки і заповніть таблицю:

133. У якій кількості речовини вуглекислого газу містяться:

а) 3,01 · IO²³ молекул;

б) 12,04 ■ IO²³ атомів Оксигену?

134. Чи може 1 моль речовини містити більш ніж 6,02 · IO²³ атомів? Відповідь поясніть і наведіть приклади.

135. Яка кількість речовини кальцій хлориду CaCI₂ містить 3,01 · IO²⁴ йонів Ca²*? Скільки йонів СІ" в такій порції сполуки? (Усно.)

136. У якій кількості речовини метану CH₄ міститься стільки атомів, скільки їх:

а) в 1 моль оксиду P₂O₃;

б) у 0,3 моль кислоти HNO₃;

в) у 2,5 моль оксиду CO?

137. У якій кількості речовини кухонної солі NaCI міститься стільки йонів, скільки їх:

а) у 0,2 моль оксиду CaO;

б) у 2 моль оксиду Li₂O;

в) у 0,4 моль сполуки Na₂S?

138. Назвіть співвідношення кількостей речовини елементів у речовинах із такими формулами: CaO, MgF₂, HCIO₄, Fe(OH)₃. (Усно.)

139. Прокоментуйте хімічні реакції, використавши поняття -моль··:

а) S + 2СІ₂ = SCI₄; в) 2С0 + O₂= 2С0₂.

б) N₂ + ЗН₂ = 2NH₃;

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Попель