1.3.3. Моль, молярная масса, молярный объем

Одной из основных единиц в Международной системе единиц (СИ) является единица количества вещества – моль.

Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц данного вещества (молекул, атомов, ионов и др.), сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода ¹²С.

Учитывая, что значение абсолютной атомной массы для углерода равно m(C) = 1,99 · 10^26 кг, можно рассчитать число атомов углерода N_А, содержащееся в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит одно и то же число частиц этого вещества (структурных единиц). Число структурных единиц, содержащихся в веществе количеством один моль равно 6,02·10²³ и называется числом Авогадро (N_А).

Например, один моль меди содержит 6,02·10²³ атомов меди (Cu), а один моль водорода (H₂) – 6,02·10²³ молекул водорода.

Молярной массой (M) называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

Молярная масса обозначается буквой М и имеет размерность [г/моль]. В физике пользуются размерностью [кг/кмоль].

В общем случае численное значение молярной массы вещества численно совпадает со значением его относительной молекулярной (относительной атомной) массы.

Например, относительная молекулярная масса воды равна:

Мr(Н₂О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.

Молярная масса воды имеет ту же величину, но выражена в г/моль:

М (Н₂О) = 18 г/моль.

Таким образом, моль воды, содержащий 6,02·10²³ молекул воды (соответственно 2·6,02·10²³ атомов водорода и 6,02·10²³ атомов кислорода), имеет массу 18 граммов. В воде, количеством вещества 1 моль, содержится 2 моль атомов водорода и один моль атомов кислорода.

1.3.4. Связь между массой вещества и его количеством

Зная массу вещества и его химическую формулу, а значит и значение его молярной массы, можно определить количество вещества и, наоборот, зная количество вещества, можно определить его массу. Для подобных расчетов следует пользоваться формулами:

ν = m / M,

m = ν · M,

где ν – количество вещества, [моль]; m – масса вещества, [г] или [кг]; М – молярная масса вещества, [г/моль] или [кг/кмоль].

Например, для нахождения массы сульфата натрия (Na₂SO₄) количеством 5 моль найдем:

1) значение относительной молекулярной массы Na₂SO₄, представляющую собой сумму округленных значений относительных атомных масс:

Мr(Na₂SO₄) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) численно равное ей значение молярной массы вещества:

М(Na₂SO₄) = 142 г/моль,

3) и, наконец, массу 5 моль сульфата натрия:

m = ν · M = 5 моль · 142 г/моль = 710 г.

Ответ: 710.

1.3.5. Связь между объемом вещества и его количеством

При нормальных условиях (н.у.), т.е. при давлении р, равном 101325 Па (760 мм. рт. ст.), и температуре Т, равной 273,15 К (0 С), один моль различных газов и паров занимает один и тот же объем, равный 22,4 л.

Объем, занимаемый 1 моль газа или пара при н.у., называется молярным объемом газа и имеет размерность литр на моль.

V_мол = 22,4 л/моль.

Зная количество газообразного вещества (ν) и значение молярного объема (V_мол) можно рассчитать его объем (V) при нормальных условиях:

V = ν · V_мол,

где ν – количество вещества [моль]; V – объем газообразного вещества [л]; V_мол = 22,4 л/моль.

И, наоборот, зная объем (V) газообразного вещества при нормальных условиях, можно рассчитать его количество (ν):

ν = V /V_мол.