Моль. Молярная масса

Как было показано ранее, абсолютные массы атомов и молекул являются очень маленькими величинами и поэтому число этих частиц даже в незначительной порции вещества огромно. Так, в одном грамме Н₂О содержится ~ 3,34 · 10²² молекул. Пользоваться на практике такими числами, а особенно измерять их, очень неудобно. В то же время для оптимального осуществления химических процессов в промышленности и в лаборатории число молекул в используемых образцах исходных веществ должно находиться в определенном количественном соотношении. Поэтому для практических целей крайне важно установить взаимосвязь между массой вещества (которую можно достаточно точно определить) и числом его структурных единиц (атомов, молекул, ионов). Это позволит, измерив один параметр вещества (его массу), теоретически рассчитать второй его параметр (число структурных единиц).

Для решения этой задачи была введена специальная физическая величина – химическое количество вещества. Она обозначается латинской буквой n и имеет свою собственную единицу измерения, которая называется моль.

Моль – это химическое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц (N) этого вещества (атомов, молекул, формульных единиц, ионов и т.д.), сколько атомов содержится в углероде ¹²С массой 12 г или 0,012 кг.

Число атомов (N) в 12 г углерода ¹²С, зная массу одного атома С (1,993 · 10^-23 г) можно рассчитать

12 г

N = = 6,02 · 10²³

1,993 · 10^-23г

Величина равная отношению

6,02 · 10²³ 1

= 6,02 · 10²³ = 6,02 · 10²³ моль^-1

1 моль моль

получила название постоянной Авогадро и обозначается символом N_A.

Число определенных структурных единиц (N) любой порции вещества и его химическое количество n связаны соотношением

N = n · N_A (4)

Понятие «моль» используется не только для молекул или формульных единиц вещества, но и для любых других его частиц: атомов, ионов, протонов, электронов и т.д.

Например:

а) 1 моль электронов состоит из 6,02 · 10²³ электронов;

б) 1 моль молекул СО₂ – из одного моля атомов С и двух моль атомов О;

в) 1 моль формульных единиц ионного соединения кальций-нитрата Са(NO₃)₂ состоит из одного моля ионов Са²⁺ и двух моль ионов NO₃^-.

Таким образом, один моль любого вещества содержит столько же моль атомов каждого химического элемента, сколько атомов этого элемента содержится в его одной молекуле или формульной единице.

Масса одного моля данного вещества (Х), выраженная в килограммах или граммах, называется молярной массой. Она обозначается буквой М(х) и имеет размерность кг/моль или г/моль.

Между массой (m) данной порции вещества (Х), выраженной в кг или г, и его химическим количеством n существует следующее отношение:

m(x)

M(x) = (5)

n(x)

Молярную массу вещества можно также рассчитать, зная абсолютную массу одной молекулы этого вещества, умножив её на число Авогадро (N_A).

M(H₂O) = m_a(H₂O) · N_A = 29,934 · 10^-24г · 6,02 · 10²³моль^-1   18 г/моль

Как следует из этого примера, численное значение молярной массы вещества, выраженной в г/моль, совпадает с его относительной молекулярной массой.