§3 Количество вещества. Моль. Постоянная Авогадро
Посмотрите на картинку. На ней изображены продукты, взятые в количестве одного килограмма (1 кг). Но, что такое химическое количество? Давайте разбираться.
- 1 килограмм груш – это масса, в нем 4 груши – это количество;
- 1 килограмм конфет – это масса, в нем 15 конфет – это количество;
- 1 килограмм гречневой крупы – это масса, в нем с тысячи зерен – это количество.
Когда говорим химическое количество СаСО3, мы понимаем, сколько частиц СаСО3 содержится в определенной порции вещества.
Химическое количество вещества n — физическая величина, прямо пропорциональная числу частиц (атомов, молекул или формульных единиц), содержащихся в данной порции вещества.
Единицей измерения химического количества является моль.
1 моль — порция вещества, которая содержит столько же частиц (атомов, молекул или формульных единиц), сколько атомов содержится в порции углерода массой 0,012 кг.
Чтобы узнать, какое число атомов, молекул или формульных единиц любого вещества составляет его порцию химическим количеством 1 моль, следует подсчитать число атомов в 0,012 кг углерода. Число любых частиц (атомов, молекул, формульных единиц) обозначается символом N. Чтобы определить число атомов углерода N(С) в его порции, следует массу порции (0,012 кг) разделить на массу одного атома углерода (ma(C)).
\(\mathrm{m_{a}(C)=A_{r}(c) \cdot 1u=12 \cdot 1,661 \cdot 10^{-27}~кг=19,93 \cdot 10^{-27}~кг}\), поэтому
\(\mathrm{N(C)=\frac{0,012~кг}{m_{a}(C)}=\frac{0,012~кг}{19,93 \cdot 10^{-27}~кг}=6,02 \cdot 10^{23}~шт.}\)
Следовательно, в порции углерода массой 0,012 кг содержится 6,02·1023 атомов углерода. Теперь, согласно определению, если мы отсчитаем 6,02·1023 атомов, молекул или формульных единиц любого вещества, то получим его порцию химическим количеством 1 моль. Это число — 6,02 ·1023 (моль-1) — получило название число Авогадро NA.
Теперь, для того, чтобы рассчитать количество атомов, молекул или формульных частиц вещества, мы можем воспользоваться формулой:
\(\mathrm{N(X)=n(X) \cdot N_{A}}\)
Например, в порции, содержащей 5 моль воды, число молекул H2O равно:
\(\mathrm{N(H_{2}O)=n(H_{2}O) \cdot N_{A}=5~моль \cdot 6,02 \cdot 10^{23}~моль^{-1}=3,01 \cdot 10^{24}~шт.}\)
И наоборот, зная число частиц N(X) вещества в любой его порции, мы можем рассчитать химическое количество n(X) вещества в ней:
\(\mathrm{n(X)=\frac{N(X)}{N_{A}}}\)
Например, химическое количество серной кислоты в ее порции, содержащей 3,01·1023 молекул H2SO4, равно:
\(\mathrm{n(H_{2}SO_{4})=\frac{N(H_{2}SO_{4})}{N_{A}}=\frac{3,01 \cdot 10^{23}}{6,02 \cdot 10^{23}~моль^{-1}}=0,5~моль}\)