Маса атомів і молекул
Один моль речовини містить кількість молекул або атомів, рівне постійної Авогадро.
Закон кратних відносин, відкритий Дальтоном, стверджував, що, якщо два елементи утворюють між собою кілька молекулярних сполук, то маса одного елемента, що припадає на одну і ту ж масу іншого, відносяться між собою як невеликі цілі числа. Наприклад, при взаємодії азоту з киснем утворюються п’ять оксидів. На 1 грам азоту в утворюються молекулах доводиться 0,57, 1,14, 1,71, 2,28, 2,85 грам кисню, що відповідає ставленням 2: 1, 1: 1, 2: 3, 1: 2, 2 : 5 в цих оксидах, і тому склад молекул цих оксидів можна записати у вигляді N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5.
Візьмемо інший приклад. Для утворення молекули вуглекислого газу потрібно з’єднати один атом вуглецю з двома атомами кисню (CO2) або за вагою, наприклад, 12 г вуглецю і 32 г кисню. З 12 г вуглецю можна створити також газ метан (CH4), якщо вони вступлять в реакцію з 4 г водню. З цього випливає, що в 1 г водню, 12 г вуглецю і 16 г кисню міститься одне і те ж число атомів. Виявилося, що найлегшими є атоми водню, тому масу інших атомів спочатку вимірювали в одиницях рівних масі атома водню. Однак зараз за одиницю маси взята 1/12 маси атома вуглецю, його ізотопу 12С. Таким чином, відносною молекулярною або атомною масою речовини називають відношення маси його молекули і атома до 1/12 масі атома вуглецю.
Чим більше молекул в шматочку або обсязі даної речовини, тим більше речовини там міститься. Щоб оцінити, скільки знаходиться речовини в даному його зразку, число молекул в ньому порівнюють з числом NА молекул в 12 г вуглецю. Таким чином, кількість речовини, n, що міститься в деякому його шматочку або об’ємі, дорівнює:
Де N – число молекул в даному його зразку. Одиницею вимірювання кількості речовини в системі СІ служить моль – кількість речовини, що міститься в 12 г вуглецю. Іншими словами, один моль речовини міститься в його масі, вираженої в грамах і рівної відносної молекулярної (або атомної) масі цієї речовини. Так, моль вуглецю міститься в 12 його грамах, моль кисню (O2) – в 32 його грамах, і т. д.
Число атомів (або молекул) в одному молі називають числом або постійної Авогадро, NА, виміряти яку вдалося тільки на початку XX століття французькому фізику Жану Перрену, і за цю роботу, що демонструє “дискретну природу матерії” в 1926 р він був удостоєний Нобелівської премії з фізики. Згідно сучасним вимірам:
Молярною масою, M називають відношення маси m даного зразка речовини до кількості n речовини, що міститься в ньому:
Яка чисельно дорівнює масі речовини, взятого в кількості одного благаючи. Молярна маса в системі СІ виражається в кг / моль. Знайдемо молярну масу води (H2O). 1 моль води міститься в її 0,018 кг, і значить, MH2O = 0,018 кг / моль.
Абсолютне значення маси mВ атомів або молекул будь-якої речовини можна легко вирахувати, якщо знати молярну масу M цієї речовини і постійну Авогадро, NА. Так як NА дорівнює числу атомів або молекул в одному молі речовини, то очевидно наступне рівність:
Дає можливість визначити mВ за відомим значенням молярної маси. Наприклад, маса однієї молекули води дорівнює 3.10-26 кг. Аналогічно можна обчислити масу атома вуглецю, 1/12 якій взяли за атомну одиницю маси (а. е. м):
Знання числа Авогадро дає також можливість оцінити розмір молекул або обсяг V0, який припадає на одну молекулу. Нехай дана речовина має молярну масу M, а його зразок, що містить n молей цієї речовини, має масу m, об’єм V і щільність, тобто відношення маси до об’єму, що r. Знайдемо V0, розділивши V на число молекул N у зразку і використовуючи (19.1) і (19.2):
Наприклад, обсяг, який припадає на одну молекулу води (r = 103 кг / м3, М = 0,018 кг / моль), згідно (19.3), складе 3.10-29 м3. Якщо вважати, що молекула має форму кубика цього обсягу, то довжина ребра цього кубика, або розмір молекули води дорівнює 3,1.10-10 м.
Питання для повторення:
– Що таке відносна молекулярна (або атомна) маса? – Що таке і в чому вимірюється кількість речовини? – Чому дорівнює постійна Авогадро? – Сформулюйте визначення молярної маси – Як за допомогою числа Авогадро обчислити масу атома і його приблизні розміри?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)