Молекулярная физика. Моль. Постоянная Авогадро. Количество вещества.
Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной (молекулярной) массе.
Моль — единица количества вещества в СИ (одна из основных единиц СИ).
В 1 моле содержится столько молекул (атомов или других частиц вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг нуклида углерода 12 С с атомной массой 12.
Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул.
Число это называется постоянной Авогадро и обозначается NA:
Постоянная Авогадро (число Авогадро) — это число атомов (молекул, или других структурных элементов вещества), содержащихся в 1 моле.
Постоянная Авогадро — одна из фундаментальных физических констант. Она входит в некоторые другие постоянные, например, в постоянную Больцмана.
Количество вещества.
Количество вещества — это число частиц вещества (атомов, молекул), выраженное в молях. Учитывая определение моля и числа Авогадро, можно сказать, что количество вещества v равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро NA, т.е. к числу молекул в 1 моле вещества:
.
Урок 5. Моль и молярная масса
В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.
Единица измерения количества вещества
До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.
Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10 23 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10 23 носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12 C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10 23 ).
Молярная масса вещества
Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:
где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, NA — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.
На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.
Задачи на количество вещества
Пример 1. Сколько граммов Н2, Н2O, СН3ОН, октана (С8Н18) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?
Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:
Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10 23 ; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом NA. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10 23 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10 23 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.
Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O2?
Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10 23 молекул) O2 имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O2:
Пример 3. 1 молекула Н2 реагирует с 1 молекулой Сl2, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?
Решение: Молекулярные массы H2 и Cl2 равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H2 содержится
Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl2 содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H2. Сколько же граммов Cl2 содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl2 равна 70,906 г/моль, то
Пример 4. Сколько молекул H2 и Cl2 принимает участие в реакции, описанной в примере 3?
Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10 23 молекул/моль, что равно 2,99·10 26 молекул.
Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.
Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Как пишется моль в физике
Моль принят в качестве единицы СИ XIV Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971 году. Точное определение моля формулируется так [2] :
Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Из определения моля непосредственно следует, что молярная масса углерода-12 равна 12 г/моль точно.
1/12 массы атома углерода-12 называют атомной единицей массы (обозначение а. е. м.). Отсюда следует, что 1 а. е. м. = 0,001/ NA кг.
Из определения а. е. м. вытекает, что молярная масса вещества, выраженная в граммах на моль, численно равна массе молекулы этого вещества, выраженной в атомных единицах массы.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ. Причём, единица измерения йоктомоль может использоваться лишь формально, так как столь малые количества вещества должны измеряться отдельными частицами (1 имоль формально равен 0,602 частицы).
Кратные | Дольные | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
10 1 моль | декамоль | дамоль | damol | 10 −1 моль | децимоль | дмоль | dmol |
10 2 моль | гектомоль | гмоль | hmol | 10 −2 моль | сантимоль | смоль | cmol |
10 3 моль | киломоль | кмоль | kmol | 10 −3 моль | миллимоль | ммоль | mmol |
10 6 моль | мегамоль | Ммоль | Mmol | 10 −6 моль | микромоль | мкмоль | µmol |
10 9 моль | гигамоль | Гмоль | Gmol | 10 −9 моль | наномоль | нмоль | nmol |
10 12 моль | терамоль | Тмоль | Tmol | 10 −12 моль | пикомоль | пмоль | pmol |
10 15 моль | петамоль | Пмоль | Pmol | 10 −15 моль | фемтомоль | фмоль | fmol |
10 18 моль | эксамоль | Эмоль | Emol | 10 −18 моль | аттомоль | амоль | amol |
10 21 моль | зеттамоль | Змоль | Zmol | 10 −21 моль | зептомоль | змоль | zmol |
10 24 моль | йоттамоль | Имоль | Ymol | 10 −24 моль | йоктомоль | имоль | ymol |
применять не рекомендуется |
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Моль» в других словарях:
МОЛЬ — жен. тля (от малый) крошечный сумеречник (бабочка), метличка; гусеничка его, которая точит меха и шерстяную одежу, Tinca. Есть моль шубная, платяная, сырная, хлебная, овощная. Моль пропадает от хмелю, камфары. | Моль овощная, тля, мотылица,… … Толковый словарь Даля
МОЛЬ — жен. тля (от малый) крошечный сумеречник (бабочка), метличка; гусеничка его, которая точит меха и шерстяную одежу, Tinca. Есть моль шубная, платяная, сырная, хлебная, овощная. Моль пропадает от хмелю, камфары. | Моль овощная, тля, мотылица,… … Толковый словарь Даля
моль — 1. МОЛЬ, и; ж. Небольшая бабочка, гусеница которой является вредителем шерстяных вещей, хлебных зёрен и растений. 2. МОЛЬ, и; ж.; МОЛЬ, я; м. Спец. Лес, сплавляемый по реке брёвнами, не связанными в плот. По реке плыла м. Пробираться на лодке… … Энциклопедический словарь
МОЛЬ — единица количества вещества в СИ, определяемая как количество вещества, содержащее столько же формульных (структурных) единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12 (12С);… … Большая политехническая энциклопедия
моль — источено молью.. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. моль тля, мотылица Словарь русских синонимов … Словарь синонимов
МОЛЬ — 1) название пива в Нимвегене. 2) шерстяная материя. 3) у пчеловодов: сплетение вверху улья. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. моль 1 ит. molle мягкий) муз. то же, что минор 1 (противоп. дур). 2… … Словарь иностранных слов русского языка
моль — Ед. кол ва вещ ва, т.е. величины, оценив. кол вом содерж. в физич. системе тождест. структур, элементов (атомов, молекул, ионов и др. частиц или их специфич. групп), м. равен кол ву вещ ва системы, содерж. столько же структурных элементов… … Справочник технического переводчика
МОЛЬ — • МОЛЬ (Mohl) Хуго фон (1805 1872), немецкий ботаник, пионер в исследовании анатомии и физиологии КЛЕТОК растений. Сформулировал гипотезу о том, что ядро клетки окружено гранулированным коллоидным веществом, которое в 1846 г. он назвал… … Научно-технический энциклопедический словарь
моль — МОЛЬ, и, жен. Маленькая бабочка, гусеница к рой является вредителем меха, шерсти, хлебных зёрен, растений. Молью изъедено (также перен.: о чём н. явно устарелом, отжившем; неод.). | прил. молевый, ая, ое. II. МОЛЬ, я, муж. (спец.). Сплав леса… … Толковый словарь Ожегова
МОЛЬ — (моль, mol), ед. СИ кол ва в ва. В 1 М. содержится столько молекул (атомов, ионов или к. л. др. структурных элементов в ва), сколько атомов содержится в 0,012 кг 12С (нуклида углерода атомной массой 12), (см. АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ). Физический… … Физическая энциклопедия
-моль — МОЛЬ, в знач. неизм. прил. (муз.). То же, что мольный. Соната а моль. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Моль (единица)
Моль (обозначение — моль, mol) — единица измерения количества вещества. Соответствует количеству вещества, содержащему столько специфицированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц), сколько содержится атомов в 12 граммах нуклида углерода 12 C.
Количество частиц в одном моле любого вещества постоянно и носит название числа Авогадро (NA).
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.
Кратные | Дольные | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
10 1 моль | декамоль | дамоль | damol | 10 −1 моль | децимоль | дмоль | dmol |
10 2 моль | гектомоль | гмоль | hmol | 10 −2 моль | сантимоль | смоль | cmol |
10 3 моль | киломоль | кмоль | kmol | 10 −3 моль | миллимоль | ммоль | mmol |
10 6 моль | мегамоль | Ммоль | Mmol | 10 −6 моль | микромоль | мкмоль | µmol |
10 9 моль | гигамоль | Гмоль | Gmol | 10 −9 моль | наномоль | нмоль | nmol |
10 12 моль | терамоль | Тмоль | Tmol | 10 −12 моль | пикомоль | пмоль | pmol |
10 15 моль | петамоль | Пмоль | Pmol | 10 −15 моль | фемтомоль | фмоль | fmol |
10 18 моль | эксамоль | Эмоль | Emol | 10 −18 моль | аттомоль | амоль | amol |
10 21 моль | зеттамоль | Змоль | Zmol | 10 −21 моль | зептомоль | змоль | zmol |
10 24 моль | йоттамоль | Имоль | Ymol | 10 −24 моль | йоктомоль | имоль | ymol |
применять не рекомендуется |
Примечание: единица измерения йоктомоль может использоваться лишь формально, так как столь малые количества вещества должны измеряться отдельными частицами (1 имоль формально равен 0,602 частицы).
Единицы СИ |
---|
Основные: метр | килограмм | секунда | ампер | кельвин | кандела | моль |
Производные: радиан | стерадиан | герц | градус Цельсия | катал | ньютон | джоуль | ватт | паскаль | кулон | вольт | ом | сименс | фарад | вебер | тесла | генри | люмен | люкс | беккерель | грэй | зиверт |
Полезное
Смотреть что такое «Моль (единица)» в других словарях:
Моль (единица кол-ва вещ-ва) — Моль, единица количества вещества, т. е. величины, оцениваемой количеством содержащихся в физической системе тождественных структурных элементов (атомов, молекул, ионов и других частиц или их специфических групп). М. равен количеству вещества… … Большая советская энциклопедия
Моль (единица кол-ва вещ-ва) — Эта статья посвящена единице измерения. См. также: насекомые моли. Моль (обозначение моль, mol) единица измерения количества вещества. Соответствует количеству вещества, содержащему столько специфицированных структурных единиц (атомов, молекул,… … Википедия
моль — 1. МОЛЬ, и; ж. Небольшая бабочка, гусеница которой является вредителем шерстяных вещей, хлебных зёрен и растений. 2. МОЛЬ, и; ж.; МОЛЬ, я; м. Спец. Лес, сплавляемый по реке брёвнами, не связанными в плот. По реке плыла м. Пробираться на лодке… … Энциклопедический словарь
Моль (значения) — Моль многозначное слово: Моль единица измерения количества вещества, Моль представитель молей (под названием «моли» объединяют в нетаксономическую группу мелких насекомых из отряда чешуекрылых). Населённые пункты Моль … … Википедия
МОЛЬ — единица количества вещества в СИ, определяемая как количество вещества, содержащее столько же формульных (структурных) единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12 (12С);… … Большая политехническая энциклопедия
МОЛЬ — • МОЛЬ (Mohl) Хуго фон (1805 1872), немецкий ботаник, пионер в исследовании анатомии и физиологии КЛЕТОК растений. Сформулировал гипотезу о том, что ядро клетки окружено гранулированным коллоидным веществом, которое в 1846 г. он назвал… … Научно-технический энциклопедический словарь
МОЛЬ — МОЛЬ, единица количества вещества в СИ. Обозначение моль. В 1 моле содержится столько молекул (атомов, ионов или каких либо других структурных элементов вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг 12С (углерода с атомной массой 12). число… … Современная энциклопедия
МОЛЬ — единица количества вещества СИ, обозначается моль. В 1 моле содержится столько молекул (атомов, ионов или каких либо др. структурных элементов вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг 12С (углерода с атомной массой 12), т. е. 6,022.1023… … Большой Энциклопедический словарь
Моль — МОЛЬ, единица количества вещества в СИ. Обозначение моль. В 1 моле содержится столько молекул (атомов, ионов или каких либо других структурных элементов вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг 12С (углерода с атомной массой 12). Число… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Моль — Эта статья посвящена единице измерения. У слова «Моль» есть и другие значения: см. Моль (значения). Моль (русское обозначение: моль; международное: mol) единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ), одна из семи … Википедия
В крот (символ: моль) это единица измерения за количество вещества в Международная система единиц (SI). Моль вещества [1] или моль частиц [2] определяется как содержащий в точности 6.022 140 76 × 10 23 частицы, которые могут быть атомы, молекулы, ионы, или же электроны. [1] Короче говоря, 1 моль содержит 6.022 140 76 × 10 23 указанных частиц. [3] [2]
Текущее определение было принято в ноябре 2018 года как одно из семи Базовые единицы СИ, [1] пересмотр предыдущего определения, в котором один моль указан как количество вещества в 12 граммы из углерод-12 ( 12 Может изотоп из углерод.
Номер 6.022 140 76 × 10 23 (в Число Авогадро) была выбрана так, чтобы масса одного моля химического соединения в граммы численно равно, для большинства практических целей, средней массе одной молекулы соединения в дальтон. Так, например, один моль воды содержит 6.022 140 76 × 10 23 молекул, общая масса которых составляет около 18,015 грамма, а средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,015 дальтон.
Моль широко используется в химии как удобный способ выразить количество реагентов и продуктов химических реакций. Например, химическое уравнение 2H2 + O2 → 2H2О можно интерпретировать так, что на каждые 2 моль дигидроген (ЧАС2) и 1 моль дикислород (O2), которые вступают в реакцию, 2 моль воды (H2O) форма. Моль также можно использовать для измерения количества атомов, ионов, электроны, или другие объекты. [2] В концентрация решения обычно выражается его молярность, определяемый как количество растворенного вещества в моль (ах) на единицу объема раствора, для которого обычно используется единица измерения моль на литр (моль / л), обычно сокращенно М.
Период, термин грамм-молекула (г моль) раньше использовалось для «моль молекул», [4] и грамм-атом (г-атом) для «моль атомов». Например, 1 моль MgBr2 1 грамм-молекула MgBr2 но 3 грамм-атома MgBr2. [5] [6]
Содержание
Концепции
Природа частиц
Молярная масса
Молярная концентрация
Молярная доля
В смеси газов частичное давление каждого компонента пропорциональна его молярному соотношению.
История
Первая таблица стандартный атомный вес (атомная масса) был опубликован Джон Далтон (1766–1844) в 1805 году на основе системы, в которой относительная атомная масса водород был определен как 1. Эти относительные атомные массы были основаны на стехиометрический пропорции химических реакций и соединений, факт, который в значительной степени способствовал их принятию: для химика не было необходимости подписываться на атомная теория (в то время недоказанная гипотеза) для практического использования таблиц. Это привело бы к некоторой путанице между атомными массами (пропагандируемой сторонниками атомной теории) и эквивалентные веса (продвигаемый его противниками и который иногда отличался от относительной атомной массы на целочисленный коэффициент), который просуществовал большую часть девятнадцатого века.
Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848) сыграл важную роль в определении относительных атомных масс с постоянно возрастающей точностью. Он также был первым химиком, который использовал кислород как эталон, к которому относились другие массы. Кислород является полезным стандартом, поскольку, в отличие от водорода, он образует соединения с большинством других элементов, особенно с металлы. Однако он решил зафиксировать атомную массу кислорода равной 100, что не прижилось.
Название крот это перевод 1897 года немецкой единицы Мол, созданный химик Вильгельм Оствальд в 1894 г. от немецкого слова Молекюль (молекула). [9] [10] [11] Однако родственная концепция эквивалентная масса использовались по крайней мере столетие назад. [12]
Стандартизация
События в масс-спектрометрии привело к принятию кислород-16 в качестве стандартного вещества вместо природного кислорода. [ нужна цитата ]
Определение кислорода-16 было заменено на определение, основанное на углероде-12 в 1960-х годах. Моль был определен Международным бюро мер и весов как «количество вещества системы, которая содержит столько элементарных единиц, сколько атомов в 0,012 килограмме углерода-12». Таким образом, согласно этому определению, один моль чистого 12 C имел массу точно 12 грамм. [4] [7] Четыре различных определения были эквивалентны в пределах 1%.
Основа шкалы | Основа шкалы относительно 12 С = 12 | Относительное отклонение от 12 C = 12 шкала |
---|---|---|
Атомная масса водорода = 1 | 1.00794(7) | −0.788% |
Атомная масса кислорода = 16 | 15.9994(3) | +0.00375% |
Относительная атомная масса 16 O = 16 | 15.9949146221(15) | +0.0318% |
Родинка была сделана седьмой Базовая единица СИ в 1971 г. 14-й ГКГВ. [15]
Новое определение базовых единиц СИ в 2019 году
В 2011 г. состоялось 24-е заседание Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) согласился с планом возможного пересмотра Базовая единица СИ определения на неопределенную дату.
16 ноября 2018 года после встречи ученых из более чем 60 стран на CGPM в Версале, Франция, все базовые единицы СИ были определены в терминах физических констант. Это означало, что каждая единица СИ, включая моль, не будет определяться в терминах каких-либо физических объектов, а скорее они будут определяться константами, которые по своей природе являются точными. [1]
Такие изменения официально вступили в силу 20 мая 2019 года. После таких изменений термин «один моль» вещества был переопределен как содержащий «ровно 6.022 140 76 × 10 23 элементарные сущности »этой субстанции. [16] [17]
Критика
С момента принятия в Международная система единиц в 1971 г. многочисленная критика концепции крота как единицы, подобной метр или второй уже возникли:
В химии это известно с Пруста закон определенных пропорций (1794), что знание массы каждого из компонентов в химическом система недостаточно для определения системы. Количество вещества можно описать как массу, деленную на «определенные пропорции» Пруста, и содержит информацию, которая отсутствует только при измерении массы. Как показано Далтона закон частичных давлений (1803), измерение массы даже не обязательно для измерения количества вещества (хотя на практике это обычно). Между количеством вещества и другими физическими величинами существует множество физических соотношений, наиболее заметной из которых является закон идеального газа (где связь впервые была продемонстрирована в 1857 году). Термин «крот» впервые был использован в учебнике, описывающем эти коллигативные свойства. [ нужна цитата ]
Подобные единицы
Как и химики, инженеры-химики широко используют моль единицы, но для промышленного использования могут быть более подходящими другие кратные единицы. Например, единицей измерения объема в системе СИ является кубический метр, что намного больше, чем обычно используемый литр в химической лаборатории. Когда количество вещества также выражается в кмоль (1000 моль) в промышленных процессах, численное значение молярности остается прежним.
В метрической системе инженеры-химики когда-то использовали килограмм-моль (обозначение кг-моль), который определяется как количество объектов в 12 кг 12 C, и часто называют родинку грамм-моль (обозначение г-моль) при работе с лабораторными данными. [22]
Освещение теплицы и камеры выращивания для растений иногда выражается в микромолях на квадратный метр в секунду, где 1 моль фотонов = 6.02 × 10 23 фотоны. [23]