2.2 Относительные атомные и молекулярные массы. Количество вещества. Моль.

Еще одна важная характеристика атома, кроме заряда ядра, это масса атома. Истинная масса атома называется абсолютной атомной массой m_a. Например, масса атома углерода равна 1,99∙10^–26 кг, а масса атома водорода еще меньше:

m_a (C) = 1,993∙10^–26 кг; m_a (H) = 1.67∙10^–27 кг.

Понятно, что выражать массы атомов в килограммах или граммах неудобно из-за очень малых значений.

Атомная масса – число, которое показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы какого-то стандартного атома (или его части), принятой за единицу*. В качестве стандартного атома для определения атомных масс с 1961 г. принят изотоп углерода-12 (¹²С). За единицу атомной массы принята масса 1/12 части изотопа углерода-12. Она называется атомной единицей массы (а.е.м.), иногда – углеродной единицей (у.е.), и равна

1 а.е.м. = 1,667∙10^–27 кг.

Относительную атомную массу (А_r) любого химического элемента можно вычислить, разделив абсолютную массу этого элемента на 1 а.е.м., согласно формуле А_r(Х) = m_a (Х)/ 1 а.е.м., например:

А_r(С) = m_a (С)/ 1 а.е.м. = 1,993∙10^–26 кг /1,667∙10^–27 кг ≈ 12;

А_r(О) = m_a (О)/ 1 а.е.м. = 2,667∙10^–26 кг /1,667∙10^–27 кг ≈16;

А_r(Н) = m_a (H)/ 1 а.е.м. = 1.67∙10^–27 кг / 1,667∙10^–27 кг ≈ 1.

* Масса и вес – это разные понятия. Вес любого предмета уменьшается по мере удаления от поверхности Земли, а масса его остается неизменной. Удаленные в космос тела вообще не имеют веса («состояние невесомости»), но имеют ту же массу, что и на Земле. В старых учебниках используется термин «атомный вес».

Для молекул: относительной молекулярной массой называется масса молекулы, выраженная в а.е.м. Относительная молекулярная масса какого-либо вещества равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав этой молекулы.

Например, А_r(О) равна 16, А_r(Н) равна 1, следовательно, относительная молекулярная масса М_r молекулы воды будет равна

М_r (Н₂О) = 2∙ А_r(Н) + А_r(О) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.

На практике мы не встречаемся с отдельными атомами или молекулами, поэтому в химии часто используют понятие – количество вещества, которое подразумевает число структурных единиц (атомов, молекул, ионов и др.частиц), образующих данное вещество. Обозначают количество вещества латинской буквой n или греческой буквой ν.

За единицу количества вещества принят 1 моль (от латинского moles – масса) – такое количество вещества, которое содержит столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов …), сколько содержится атомов в 12 граммах чистого изотопа углерода-12, а именно 6,02∙10²³. Число атомов в 12 граммах (0,012 кг) углерода равно 0,012 (кг/моль) /1,993∙10^–26 (кг) = 6,02∙10²³ моль^–1.

Это число называется числом Авогадро (или постоянной Авогадро) и обозначают символом N_А. Таким образом, один моль любого вещества содержит 6,02∙10²³ молекул, атомов или других структурных единиц, например:

1 моль алюминия Al содержит 6,02∙10²³ атомов алюминия;

1 моль хлора Сl₂ cодержит 6,02∙10²³ молекул Сl₂, но атомов Сl здесь будет в два раза больше, т.к. молекула хлора является двухатомной;

1 моль воды Н₂О содержит 6,02∙10²³ молекул Н₂О.

Массу 1 моль данного вещества называют молярной массой, обозначают символом М и выражают в кг/моль или г/моль. Молярная масса – это величина, равная отношению массы вещества к количеству этого вещества М = m/ν; численно совпадает с относительной молекулярной массой вещества М_r или с относительной атомной массой А_r (если вещество состоит из атомов):

Натрий Na А_r = 23 М = 23 г/моль

Хлор Cl₂ М_r = 71 М = 71 г/моль

Хлорид натрия NaCl М_r = 58,5 М = 58,5 г/моль

Следовательно, в 23 г натрия содержится 6,02∙10²³ атомов натрия, в 18 г воды Н₂О содержится 6,02∙10²³ молекул Н₂О.