Что значит маленькая н в химии
Моль, молярная масса
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль.
Моль — это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро
Постоянная Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12 С:
Таким образом, 1 моль вещества содержит 6,02 • 10 23 частиц этого вещества.
Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню). Например, в образце вещества содержится 12,04 • 10 23 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:
где N – число частиц данного вещества;
NA – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).
Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе Mr (для веществ атомного строения – относительной атомной массе Ar).
Например, молярная масса метана CH4 определяется следующим образом:
M(CH4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH4 содержат 6,02 • 10 23 молекул.
Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:
Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:
или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:
Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.
Пример 
Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6, взятых в количестве ν = 2 моль каждого.
Решение
Молярная масса метана M(CH4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С2Н6) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:
Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.
Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.
Образцы решения задач
Задача №1. Вычислите массу (г) магния, взятого количеством вещества 0, 5 моль?
M (Mg ) = Ar ( Mg ) = 24 г/моль (из периодической системы)
m ( Mg ) = 24 г/моль · 0,5 моль = 12 г
Задача №2. Вычислите массу (г) 12,04 · 10 23 молекул оксида цинка Zn О ?
n (Zn O )= 12,04 * 10 23 молекул
следовательно, формула для расчёта
M(ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O) = 65 + 16 = 81 г / моль
m = 81 г/моль · (12,04 * 10 23 /6.02 · 10 23 1/моль) = 162 г
Задания для закрепления
Заполните таблицу (округляя числа до целых )
Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов.
Концентрация раствора может выражаться как в безразмерных единицах (долях, процентах), так и в размерных величинах (массовых долях, молярности, титрах, мольных долях).
Способы выражения концентрации растворов.
1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя:
,
ω – массовая доля растворенного вещества;
mв-ва – масса растворённого вещества;
Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.
2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V:
,
C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl);
n – количество растворенного вещества, моль;
V – объём раствора, л.
Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.
3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m:
,
С (x) – моляльность, моль/кг;
n – количество растворенного вещества, моль;
4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора:
,
T – титр растворённого вещества, г/мл;
mв-ва – масса растворенного вещества, г;
5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе:
,
N – мольная доля растворённого вещества;
n – количество растворённого вещества, моль;
nр-ля – количество вещества растворителя, моль.
Сумма мольных долей должна равняться 1:
Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим:
М(Х) – молярная масса растворенного вещества;
ρ= m/(1000V) – плотность раствора. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора.
Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту.
Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.
Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
,
СН – нормальная концентрация, моль-экв/л;
z – число эквивалентности;
Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя:
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.
Химия
Именная карта банка для детей
с крутым дизайном, +200 бонусов
Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы
План урока:
Химическая формула
В этом разделе мы будем учиться составлять, читать химические слова, точнее на языке химии – формулы. Периодическая система служит алфавитом, она содержит 126 «букв». Но в ней содержатся только названия и символы элементов, но как они читаются не обозначено. Ниже приведены название и произношение наиболее употребляемых химических элементов.
Например, самый лёгкий элемент – водород, но его символ читается как АШ. Кислород читаем – О. Медь – купрум.
Как записать и прочитать с чего состоит соединение, чтобы нас могли понять не только русскоговорящие, но и те, кто говорит на другом языке? Помогут нам в этом символы, а также индексы.
H 2 SO 4 – зелёным цветом выделены индексы – маленькая цифра, которая записывается справа от символа. Он служит показателем количественного состава.
H 2 SO 4 – красным выделены знаки элементов, они указывают качественный состав.
Рассмотрим примеры составления формул, используя условные обозначения на рисунке.
Коэффициент записывается всегда в начале формулы и никогда не ставится в середину. С его помощью мы узнаём количество молекул, либо свободных атомов. Например, запись 6SiCl4 читаем как: шесть молекул хлорида кремния, 3H2S– 3 молекулы сероводорода.
Массовая характеристика вещества
Относительная атомная масса (ОАМ)
Атомы отличаются между собой количеством протонов и электронов. Логично будет предположить, что отличие также будет в размере и массе частиц.
Атом очень мал, что его невозможно увидеть невооружённым глазом. Так, если представить в числах размер Углерода, то его радиус r = 1.5∙10 −10 м и масса m = 19.94∙10 −27 кг. Эти параметры достаточно сложно представить. Но если, к примеру, прочертить простым карандашом (стержень карандаша в химии это графит – одна из аллотропных форм Углерода) отрезок длиной 3 см. В данном отрезке будет содержаться около 1 млн. в ширину и 100 млн. атомов Углерода в длину.
Иными словами, «всё познаётся в сравнении». Эталоном является двенадцатая часть атома Углерода. А ОАМ показывает ВО СКОЛЬКО РАЗ отличается масса элемента от эталона. Иначе можно объяснить: образцом сравнения является корзина, в которой содержится 12 яблок. Вся остальная численность, которая может содержаться в других корзинах (это может быть 10, 15, 5) будет сравниваться во сколько раз больше или меньше.
Закономерно также возникает вопрос, а какую размерность имеет ОАМ: граммы, миллиграммы? Поскольку это число, которое указывает сравнение, то это будет безразмерная величина.
Например: Ar(Mg) = 24,305
Относительная молекулярная масса (ОММ)
Вычисляют ОММ (Mr) путём сложения Ar каждого элемента, которые входят в состав молекулы с учётом их индексов.
Здесь нам на помощь придут математические знания, а именно правила сложения, умножения и внимательное раскрытие скобок.
Определим ОММ, например:
Mr(H2S) = 2∙Ar(H) + Ar(S) = 2 ∙ 1 + 32 = 34
Так как в состав молекулы H2S входит 2 атома водорода, мы это учитываем выражением 2∙Ar(H) и один атом Серы Ar(S). В периодической таблице берём округлённое значение массы Н (1,00797
32) и путём сложения вычисляем Mr(H2S).
Mr (Ca(OH)2) = Ar(Ca) + 2∙Ar(O) + 2∙Ar(H) = 40 + 2 ∙ 16 + 2 ∙ 1 = 74
Эта формула читается как кальций-о-аш-дважды. Что означает индекс два за скобками? Он показывает, что количество атомов H и O равно 2. Это будет равносильно, если раскрыть скобки и написать так: СаО2Н2.
Mr(Ca3(PO4)2) = 3∙Ar(Ca) + 2∙Ar(P) + 8∙Ar(O) = 3 ∙ 40 + 2 ∙31 + 8 ∙ 16 = 310
Кальций-три-пе-о-четыре-дважды. В состав данного вещества входит 3 атома Кальция, два атома Фосфора (индекс 2 относится и к Фосфору и к Кислороду) и 8 атомов Кислорода (2 ∙ 4 = 8). Или, раскрыв скобки Са3Р2О8.
7 молекул угольной кислоты 7 ∙ Н2СО3
Mr (7 ∙ H2CO3) = 7 ∙ (2 ∙ Ar(H) + Ar(C) + 3 ∙ Ar(O)) = 14 ∙ Ar(H) + 7 ∙ Ar(C) + 21 ∙ Ar(O) = 14 ∙ 1 + 7 ∙ 12 + 21 ∙ 16 = 434
Следует обратить внимание, что в химии знак умножение между коэффициентом и формулой не ставится. Более корректная запись 7H2CO3, и действие умножение делается по умолчанию, т. е. раскрываются скобки.
Важно запомнить
Так как ОММ показывает во сколько раз молекула тяжелее 1/12 атома Углерода, то это безразмерная величина.
Не стоит путать с массой молекулы, которая имеет обозначение mM и имеет размерность а.е.м. (атомные единицы массы).
Благодаря химической формуле можно посчитать массовую долю элемента в сложном веществе.
Где n – число атомов элемента.
Сложное вещество можно очень условно сравнить с корзиной, в которой, допустим, находятся ягоды: малины, клубники и арбуз. Возьмём соединение ВаСО3.
Mr(BaCO3) = Ar(Ba) + Ar(C) + 3∙Ar(O) = 137 + 12 + 3 ∙ 16 = 197
Не трудно догадаться, что арбузом будет атом бария, так как он занимает 69,6 % массы в корзинке фруктов.Проверить правильность решения можно, сложив доли элементов, в сумме должно получиться 100%.
Задача 1. Определите массовую долю Азота в натриевой селитре NaNO3
С помощью данных расчётов можно вычислить какая масса Азота, может быть получена из 1 кг натриевой селитры NaNO3.
m(N) = W (N) · m (NaNO3) = 0.1647 · 1 кг = 0,1647 кг или 164,7 г
Селитра применяется как азотное удобрение и с каждым кг растения получают 164,7 г азота.
Бывает так, что опытным путём определены массовые доли элементов и задача стоит в том, что необходимо определить количественный состав соединения. Такие задачи являются обратными идалее их.
Задача 2. Опытным путём установлено, что соединение состоит на 95,2% с Кальция и Водорода. Какова формула вещества?
Количество вещества
Как говорил Д. И. Менделеева «Наука начинается, когда начинают измерять». Но как можно измерить вещество? В порциях, штуках?
Порцию считаем в граммах, в штуках количество. Например, в магазине вы не покупаете 1000 штук зёрен риса или пшена, а просите взвесить определённый вес (1 кг, 10 кг) или берёте с полки уже расфасованный. Либо необходимо взять молочные продукты, мы берём пакеты объёмом 0,5 л или 1 л. Одинаковая по весу порция содержит примерно одинаковое количество зёрен. Этот принцип применяется и в химии. Порция атомов или молекул называется количеством вещества.
Размерность «моль» не сокращается, т. е. в отличие от литров (л), миллилитров (мл), сантиметров (см) на письме и при чтении указываем 4 моль, 5 сантиметров (5 см).
Если учесть, что атом Углерода имеет вес, (1.994 ∙ 10 −23 г), то не составит труда узнать, сколько атомов будет содержаться в порции 12 г.
Можно сделать вывод, что 1 моль любого вещества (воды, углекислого газа, поваренной соли, серной кислоты и т. д) будет содержать 6,02∙10 23 структурных единиц.
Это число является одним из важнейших не только в химии, но и в физике – оно носит название постоянная Авогадро (NA).
С этого следует, что NA показывает, сколько частиц содержится в 1 моль вещества, в этом и состоит её физический смысл.
Но что делать, если, к примеру, вещество дано в количестве 2 моль, 10 моль или 0.5 моль. Приведём сравнение с математикой, в одной корзине содержится 5 яблок, сколько яблок содержится в трёх таких корзинах. Ответ будет 15 яблок, полученный путём умножения 5 ∙ 3 = 15. Аналогично и с количеством молекул. Чтобы найти эту величину, используем формулу:
Где N – количество структурных единиц.
Важно: не путать эти две величины, оба эти параметра показывают количество, но:
Рассмотрим подробно данные выводы.
Задача 3. Какое количество вещества составляют 2.709 ∙ 10 24 молекул хлора?
Так, в корзине может содержаться 5 яблок, 10 груш и 8 слив, и наша задача посчитать: «Сколько содержится фруктов?» А сколько будет содержаться в 8 таких корзинах яблок? Эти примеры нам знакомы ещё с первого класса. Молекула может состоять из нескольких атомов, и иногда необходимо точно знать, сколько их штук.
Задача 4. Вычислите сколько атомов Кислорода содержатся в 5 моль глюкозы (C6H12O6)
Молярная масса
Помните вопрос с первого класса: «Что тяжелее 1 кг золота и 1 кг пуха?». Ответ был: одинаковый вес, ведь и золото, и пух весят по 1 кг. Но если спросить, что тяжелее 1 моль метана или 1 моль фруктозы? Чтобы дать ответ на данный вопрос, введём следующее понятие.
Масса 1 моля любого вещества называется молярной массой (размерность г /моль, обозначение М). Не стоит путать с Mr, хоть они численно равны, но отличаются в следующем. Молярная имеет размерность (г/моль).
Связь количества вещества и массы выражается в следующем виде:
С расчётов делаем вывод, что масса 1 моль фруктозы тяжелее, в её состав входит большее количество атомов.
Задача 5. Какое количество вещества содержится в 61.5 г сернистой кислоты (H2SO3)?
Молярный объём газов
Вещества в газообразном состоянии, в отличие от жидких и твёрдых веществ, при одинаковых условиях (одинаковые давление и температура) будут занимать одинаковый объём.
Допустим, что имеем газ количеством вещества 1 моль. Как известно 1 моль любого соединения содержит 6,02 ∙ 10 23 структурных единиц.
Опытным путём установлено, что 1 моль любого газа при н. у. занимает объём равный 22,4 л/моль.
Связь количества вещества и объёма выражается в следующем виде:
Задача 6. Какой объём (н. у.) будет занимать 0,25 моль ацетилена (С2Н2)?
Как можно увидеть, количество вещества связывает три величины:
Приравняв между собой три выражения, а именно:
Получаем следующую взаимосвязь
Задача 7. Какую массу составляют 18.06 ∙10 23 молекул аммиака (NH3)?
Задача 8. Какой объём (н. у.) будет занимать 51 г сероводорода (H2S)?
Закон Авогадро и его следствия
Величина D – это относительная плотность газов. Зная Mr, легко вычислить относительную плотность газов. Приведём пример с шариками. Если один шарик наполнить гелием, а второй углекислым газом. Как вы думаете, какой полетит высоко в небо, а какой упадёт на пол? С детства вы знаете, что гелиевые шарики взлетают в небо, но почему так происходит? Это связано с относительной молекулярной массой.
Mr(CO2) = 12 + 2 ∙ 16 = 44
Воздух это смесь газов, его Mr = 29
Гелий легче воздуха, поэтому шарик, наполненный этим газом, взлетает высоко в небо. Шарик с углекислым газом остаётся лежать на земле, так как углекислый газ тяжелее воздуха.
Задача 9. Вычислите относительную плотность кислорода по воздуху
Относительная плотность кислорода по воздуху равна
