Глава II.18 Количество вещества. Молярная масса

Удобно отмерять порции вещества в единицах массы – миллиграммах, граммах, килограммах. Можно считать число частиц – число атомов, молекул, ионов – в порции вещества. Учёные нашли способ, который позволяет связать массу и число частиц, образующих вещество. Оказалось, что масса вещества в граммах, численно равная его относительной молекулярной массе, всегда будет содержать 6,02 · 10²³ частиц этого вещества (молекул, атомов или ионов).

Например:

• в 34 г сероводорода содержится 6,02 · 10²³ молекул сероводорода (M_r(H₂S) = 34);
• в 64 г сернистого газа содержится 6,02 · 10²³ молекул этого газа (M_r(SO₂) = 64);
• в 98 г серной кислоты содержится 6,02 · 10²³ молекул серной кислоты (M_r(H₂SO₄) = 98).

Число 6,02 · 10²³ называют числом Авогадро в честь итальянского учёного Амедео Авогадро. Оно характеризует особую величину, называемую количеством вещества.

Эта физическая величина обозначается латинской буквой n и измеряется в молях.

Следовательно, число Авогадро показывает, сколько частиц содержится в 1 моль вещества, а значит, имеет размерность 1/моль, или моль^–1:

Количество вещества может быть как больше 1 моль, так и меньше. Чтобы рассчитать количество вещества, нужно число его частиц разделить на число Авогадро.

где n – количество вещества (моль); N – число частиц; N_А – число Авогадро (моль^–1).

При письме слово «моль» после числа не склоняется, а после числительного или в тексте склоняется. Например, пишется «2 моль воды», но «сколько молей воды?» или «в одном моле воды».

Напомним, масса вещества в граммах, численно равная относительной молекулярной массе, содержит 6,02•10²³ частиц и соответствует одному молю вещества. Так, 18 г воды соответствуют 1 моль этого вещества. А 36 г воды? Конечно же, 2 моль воды. Чтобы найти последнее число, вы разделили 36 на 18, т. е. выполнили математическое действие, соответствующее формуле

В этой формуле М – физическая величина, которую называют молярной массой вещества.

Масса одного моля вещества называется молярной массой.

При проведении вычислений (например, при решении задач) иногда удобно оперировать кратными единицами измерения количества вещества и молярной массы. Например, 16 000 г газа метана СН₄ (16 кг) соответствуют 1000 моль вещества, или 1 кмоль. Cледовательно, киломолярная масса этого вещества 16 кг/кмоль. Вычислим количество вещества, которое соответствует порции метана массой 4 кг:

$n\left({\mathrm{CH}}_4\right)$ = $\frac{m\left({\mathrm{CH}}_4\right)}{M\left({\mathrm{CH}}_4\right)}$ = $\frac{4 \mathrm{кг}}{16 \mathrm{кг}/\mathrm{кмоль}}$ = 0,25 кмоль, или 250 моль

Существуют и другие единицы количества вещества и молярной массы: соответственно ммоль (миллимоль) и мг / ммоль (миллимолярная масса). Вычислим количество вещества, которое соответствует навеске серы массой 96 мг:

$n\left(\mathrm{S}\right)$= $\frac{m\left(\mathrm{S}\right)}{M\left(\mathrm{S}\right)}$ = $\frac{96 \mathrm{мг}}{32 \mathrm{мг}/\mathrm{ммоль}}$ = 3 ммоль, или 0,003 моль

Зная количество вещества, легко рассчитать число молей атомов химических элементов, входящих в состав вещества. Например, в 3 моль сероводорода H₂S содержится 6 моль атомов водорода и 3 моль атомов серы:

n(H) = 2n(H₂S) = 2 ∙ 3 моль = 6 моль

n(S) = n(H₂S) = 1 ∙ 3 моль = 3 моль

Необходимо научиться решать и обратную задачу. Для того чтобы определить, какое количество вещества аммиака NH₃ содержит 15 моль атомов водорода, нужно выполнить такие вычисления:

 $n\left(N{H}_3\right) = \frac{1}{3}$ $·$$n\left(H\right) = \frac{1}{3}$ ∙ 15 моль = 5 моль

Таким образом, к информации, которую несёт химическая формула, добавим следующее: формула показывает количество вещества, равное 1 моль.