Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества

1. Масса молекулыСредний размер атомов и молекул (за исключением органических соединений) не превосходит Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru см (рис. 1). Очевидно, что тела с такими размерами не могут иметь большой массы.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Рис. 1. Атомная структура сплава золота под микроскопом

Масса молекулы обозначается Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru и, как и любая другая масса, измеряется в кг. Несложно догадаться, что для нахождения описываемой величины необходимо измерить массу некой порции вещества и поделить её на количество молекул, входящих в эту порцию.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

К примеру, в одном грамме воды содержится примерно Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru молекул. Следовательно, по вышеуказанной формуле, масса молекулы воды составляет примерно Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru кг. И опять-таки, если не принимать во внимание органические вещества, то массы молекул всех веществ соизмеримы по величине.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Так как всегда неудобно работать со слишком большими или слишком маленькими величинами, в физике и химии введены такие величины, как относительная атомная масса (ОАМ) и относительная молекулярная масса (ОММ).

2. Относительная молекулярная масса

Относительная атомная масса– отношения массы атома определённого химического элемента к одной двенадцатой массы атома углерода.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

На данный момент все ОАМ известных элементов с довольно большой точностью рассчитаны и известны. Для нахождения относительной массы некой молекулы достаточно просто сложить относительные атомные массы тех элементов, которые входят в состав молекулы, причём столько раз, сколько штук атомов элемента входит в молекулу. На примере молекулы воды это выглядит:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Стоит добавить, что относительные атомные и молекулярные массы берутся из отношения к массе атома углерода, потому что углерод является одним из самых распространённых элементов в природе.

Некую порцию вещества (некое тело) иногда требуется описать не со стороны, какая масса этой порции, а какое количество частиц содержится в ней. И, как уже было сказано ранее, такими большими числами, коими описывается абсолютное количество молекул и атомов в веществе, пользоваться неудобно. Поэтому вводится такая величина, как количество вещества.

3. Количество вещества, число Авогадро Количество вещества – физическая величина, характеризующая количество молекул, входящих в некую порцию вещества. Обозначение – Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru .

Единица измерения – моль.

1 моль– такое количество вещества, которое содержит столько же молекул (атомов), сколько 12 г углерода.

Чтобы посчитать количество вещества некой порции вещества, необходимо воспользоваться формулой:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Здесь: Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru - количество всех частиц в порции вещества; Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru - количество частиц в одном моле, величина, обозначенная как число Авогадро.

Определение. Число Авогадро – посчитанное итальянским учёным Амедео Авогадро (рис. 2) количество атомов в 12 г углерода. Исходя из определения моля – количество молекул или атомов в 1 моле. Единица измерения - Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru . Значение этой важной константы:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru Рис. 2. Амедео Авогадро

Некая порция вещества в количестве 1 моля уже имеет как различимые глазом размеры (уже является макрообъектом), так и ощутимую массу. Поэтому имеет смысл ввести понятие молярной массы.

4. Молярная массаМолярная масса – масса одного моля вещества. Обозначение – Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru . Единица измерения – Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru . Для того чтобы вычислить эту величину, следует массу одной частицы умножить на количество частиц в 1 моле (число Авогадро). То есть:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Найти значение молярной массы для любого химического элемента можно в таблице Менделеева. В ячейке для нужного вам элемента молярная масса – это десятичная дробь. Например, для железа молярная масса 55,847 Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru (Рис. 3).

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru Рис. 3. Пример оформления элемента в таблице Менделеева

Следует помнить два правила работы с таблицей Менделеева. Во-первых, все значения следует округлять до целых по правилам математики. Исключение – хлор, его молярная масса = 35,5 Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru . Во-вторых, все молярные массы даны в размерности Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru , поэтому, чтобы перевести эту величину в единицу измерения СИ, необходимо округлённое число умножить на Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru .

Для нахождения молярных масс сложных веществ нужно просто сложить молярные массы элементов, входящих в состав молекулы этого вещества.

Введя понятие молярной массы, мы можем теперь получить другую формулу для определения количества вещества:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Здесь: Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru - масса порции вещества; Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru - молярная масса вещества.

Масса m любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Оценка размеров молекул

Для полной уверенности в существовании молекул надо определить их размеры.
Проще всего это сделать, наблюдая расплывание капельки масла, например оливкового, по поверхности воды. Масло никогда не займет всю поверхность, если сосуд велик (рис.8.1). Нельзя заставить капельку объемом 1 мм3 расплыться так, чтобы она заняла площадь поверхности более 0,6 м2. Можно предположить, что при растекании масла по максимальной площади оно образует слой толщиной всего лишь в одну молекулу - «мономолекулярный слой». Толщину этого слоя нетрудно определить и тем самым оценить размеры молекулы оливкового масла.

Объем V слоя масла равен произведению его площади поверхности S на толщину d слоя, т. е. V=Sd. Следовательно, размер молекулы оливкового масла равен:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Перечислять сейчас всевозможные способы доказательства существования атомов и молекул нет необходимости. Современные приборы позволяют видеть изображения отдельных атомов и молекул. На рисунке 8.2 показана микрофотография поверхности кремниевой пластины, где бугорки - это отдельные атомы кремния. Подобные изображения впервые научились получать в 1981 г. с помощью не обычных оптических, а сложных туннельных микроскопов.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Размеры молекул, в том числе и оливкового масла, больше размеров атомов. Диаметр любого атома примерно равен 10-8 см. Эти размеры так малы, что их трудно себе представить. В таких случаях прибегают к помощи сравнений.
Вот одно из них. Если пальцы сжать в кулак и увеличить его до размеров земного шара, то атом при том же увеличении станет размером с кулак.


6. Число молекулПри очень малых размерах молекул число их в любом макроскопическом теле огромно. Подсчитаем примерное число молекул в капле воды массой 1 г и, следовательно, объемом 1 см3.
Диаметр молекулы воды равен примерно 3•10-8 см. Считая, что каждая молекула воды при плотной упаковке молекул занимает объем (3•10-8 см)3, можно найти число молекул в капле, разделив объем капли (1 см3) на объем, приходящийся на одну молекулу:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

При каждом вдохе вы захватываете столько молекул, что если бы все они после выдоха равномерно распределились в атмосфере Земли, то каждый житель планеты при вдохе получил бы две-три молекулы, побывавшие в ваших легких.
Размеры атома малы: Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru .
О трех основных положениях молекулярно-кинетической теории речь будет идти неоднократно.


7. Количество вещества и постоянная Авогадро. Количество вещества наиболее естественно было бы измерять числом молекул или атомов в теле. Но число молекул в любом макроскопическом теле так велико, что в расчетах используют не абсолютное число молекул, а относительное их число.
В Международной системе единиц количество вещества выражают в молях. Один моль - это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.
Значит, в 1 моль любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Это число атомов обозначают NA и называют постоянной Авогадро в честь итальянского ученого (XIX в.).
Для определения постоянной Авогадро надо найти массу одного атома углерода. Приближенная оценка массы может быть произведена так, как это было сделано выше для массы молекулы воды (наиболее точные методы основаны на отклонении пучков ионов электромагнитным полем).
Для массы атома углерода измерения дают: Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru .
Постоянную Авогадро NA можно определить, разделив массу углерода, взятого в количестве одного моля, на массу одного атома углерода:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Наименование моль-1 указывает на то, что NA - число атомов в 1 моле любого вещества. Если, например, количество вещества Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru , то число молекул в теле Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru . Отсюда видно, что количество вещества равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро NA, т. е. к числу молекул в 1 моль вещества:

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Огромное числовое значение постоянной Авогадро показывает, насколько малы микроскопические масштабы по сравнению с макроскопическими. Тело, обладающее количеством вещества 1 моль, имеет привычные для нас макроскопические размеры и массу порядка нескольких десятков граммов.

Тема. Масса и размеры атомов и молекул. Количество вещества - student2.ru

Наши рекомендации