9. Моль – единица количества вещества

Таблица 9 наглядно представляет понятие – "количество вещества", знакомит с молярной массой и молярным объёмом веществ в различных агрегатных состояниях, а также с числом Авогадро.

Понятие молярной массы используется по отношению к атомам химических элементов, простым веществам и химическим соединениям с молекулярным и немолекулярным строением.

Таблица 8

Составление химических формул по валентности атомов элементов

В мерных цилиндрах, изображённых в верхнем ряду таблицы, находятся твёрдые и жид­кие вещества разной массы, однако количество вещества в них одина­ково и равно 1 моль. В каждом из этих цилиндров находится одинаковое число структурных единиц – 6,02 · 10²³ (число, или постоянная Авогадро).

Для жидких и твёрдых веществ значение молярного объёма (то есть объёма, кото­рый занимает 1 моль вещества) меняется в широких пределах. Так, молярный объём жидкой воды (плотность 1 г/см³) равен 18 см³, железа (плотность 7,87 г/см³) – 7,1 см³, сахара – 215 см³. В одной столо­вой ложке помещается 18 г воды, или 1 моль воды.

Моль газообразных веществ имеет разные массы, но также содержит число структурных единиц, равных числу Авогадро.

В правой части таблицы в виде кубиков показана масса 1 моль трёх газов: водорода (2 г), кислорода (32 г) и углекислого газа (44 г).

Газообразное состояние вещества характеризуется бóльшими в сравнении с размерами молекул расстояниями между ними. Доля объёма газа, приходящаяся на собственный объём молекул, составляет около 0,01%, поэтому взаимодействие между ними практически отсутствует. Объём любого газа определяется средним расстоянием между его молекулами, которое зависит от температуры и давления (чем больше молекул содержится в данном объёме газа, тем больше его давление). Поэтому сравнивать объёмы газов можно только при одинаковых условиях – температуре и давлении.

Внизу таблицы представлены массы 1 моль веществ: молекулярного кислорода и угарного газа – оксида углерода(II). Следует обратить внимание на то, что различные по массе газообразные вещества занимают одинаковые объёмы.

Тер­мин "нормальные условия" означает, что газообразное вещество находится при температуре 0 ⁰С и под давлением в 1 атм (или 273,16 К и 101,325 кПа). В качестве параметров состояния вещества иногда выбирают "стандартные условия" (25 ⁰С, 1 атм) или "комнатные (обычные) усло­вия", когда температуру принимают равной 20 или 22 ⁰С.

При нормальных условиях объём, занимаемый 1 моль газа, составляет 22,4 л. Модель молярного объёма газа представляет собой куб с длиной ребра 28,19 см. Нередко возникает вопрос – как вычислен молярный объём. Отношением массы к его плотности (г/л) определяется объёмом тела. В таблице показано, что 1 л О₂ имеет массу 1,43 г, а 1 л оксида углерода(II) – 1,25 г. Если условия нормальные, моляр­ные объёмы для всех газов будут одинаковы – 22,4 л.

Легко объясняется и закон Авогадро, если 1 моль газа при нормальных условиях занимает объём 22,4 л, то он содержит­ 6,02 · 10²³ молекул.

Таблица 9