Что такое «моль» в химии и как узнать молярную массу
Каждый, кто уже немного продвинулся в изучении химии, сталкивается с понятием «моль». Правда, большинство сразу думает о моли, которая съела за лето шубу в шкафу, но моль в химии – это совсем другая история . И вот сейчас мы в этом разберёмся.
Итак, давайте посмотрим на какую-нибудь химическую реакцию. Например, такую:
Здесь 1 молекула водорода H2 реагирует с одной молекулой фтора F2 и получается две молекулы фторида водорода. Напомню, то число молекул или атомов, вступающих в реакцию или получающихся в реакции, определяется коэффициентом, то есть цифрой, стоящей перед формулой вещества. В нашем примере перед водородом не стоит ничего, но на самом деле мы можем поставить здесь единицу, то есть нам нужна 1 молекула водорода. Перед фтором тоже не стоит ничего, значит, нам нужна 1 молекула фтора. А вот перед фторидом водорода HF стоит двойка. Это означает, что у нас получилось 2 молекула фторида водорода. То есть:
Н2 + F2 = 2HF – это то же самое, что и
1 молекула H2 + 1 молекула F2 = 2 молекулы HF.
Но вы знаете, что молекулы так малы, что мы их увидеть не можем. Как же нам считать эти молекулы, вступающие в реакцию? Для этого и ввели понятие МОЛЬ .
Моль – это количество вещества, в котором содержится столько же частиц, сколько атомов содержится в 12 граммах углерода с атомной единицей массы 12.
Это довольно мудрёное определение, но его нужно запомнить. Есть и приятный момент: в одном моле любого вещества содержится число Авогадро частиц. Вот оно, это число:
Такое число представить сложно. Вы только подумайте, миллиард – это 1 000 000 000. А в одном моле частиц 6,02*100 000 000 000 000 000 000 000! (Но чтобы не видеть по ночам кошмаров, просто запомните 6,02*10 в двадцать третьей степени).
Итак, в одном моле любого вещества содержится 6,02*10 в двадцать третьей степени частиц. Но мы же знаем, что атомы разных веществ имеют разное строение, а поэтому и разную массу. Поэтому и массы одного моля у разных веществ различаются . Чтобы разобраться в этом, давайте поедем на дачу и проведём эксперимент.
Мы точно помним, что 1 моль – это всегда одинаковое число частиц (6,02*10 в двадцать третьей степени ). Но в обычной жизни таких чисел нет, поэтому возьмём число поменьше, например, 100. Это будет наш условный экспериментальный моль. Теперь в одну кучу складываем 100 вишен, в другую кучу – 100 груш, в третью – 100 арбузов. Куча – это 1 моль. В каждую кучу мы добросовестно сложили одинаковое число частиц, верно? Но частицы эти разного вида: в одной куче вишни, в другой – груши, в третьей – арбузы. А теперь будем взвешивать. Как вы думаете, будет ли различаться масса 100 вишен, 100 груш и 100 арбузов? Конечно же, будет. При этом обратите внимание: число частиц в каждой куче одинаково, но весят эти кучи по-разному. Почему? Потому что частицы разные!
В химии всё точно так же. Если взять 1 моль водорода, 1 моль кислорода и 1 моль натрия, то масса их будет разной (вспоминаем поездку на дачу). И это важно. Но теперь возникает закономерный вопрос: а как же узнать, какова масса 1 моль водорода, 1 моль кислорода и 1 моль натрия и вообще любого вещества? Для этого вводится понятие молярная масса.
Молярная масса и есть масса 1 моля вещества.
Как её определить? Просто. Это атомная масса или молекулярная масса вещества, которую мы рассчитываем, пользуясь таблицей Менделеева. Молярная масса обозначается буквой М и выражается в г/моль (просто потому, что она показывает сколько граммов вести 1 моль). Примеры из учебника химии.
Читайте также: Какие из перечисленных веществ не притягиваются магнитом железо сталь алюминий
Пример 1.
Найдите массу одного моля (она же молярная масса ) алюминия.
Решаем химию и смотрим в таблицу Менделеева. Видим, что атомная масса алюминия 27. Формула просто вещества алюминия – Al, то есть атом здесь один. Следовательно, молярная масса алюминия совпадает с атомной и равна 27 г/моль.
Пример 2.
Найдите молярную массу фтора.
Фтор у нас в обычных условиях – газ, поэтому молекула фтора состоит из двух атомов и выглядит так: F2. В периодической таблице находим фтор и видим, что его атомная масса 19. Следовательно, молярная масса фтора 2*19=38 г/моль.
Пример 3.
Найдите молярную массу оксида кальция.
Формула оксида кальция СаО. Опять смотрим в таблицу: атомная масса кальция 40, атомная масса кислорода 16. Молярная масса оксида кальция 40+16=56 г/моль.
Пример 4.
Найдите молярную массу оксида кремния.
Формула оксида кремния SiO2. Таблица Менделеева сообщает, что атомная масса кремния 28, кислорода – 16. Будьте внимательны, в этом вопросе подвох! В формуле оксида два атома кислорода, обязательно учтите это, чтобы ответ был верным. И он будет таким: молярная масса оксида кремния 28+16*2=60 г/моль. (16 – масса одного атома кислорода, у нас в формуле их два, поэтому мы и умножили 16 на 2!).
Пример 5.
Сложный пример от репетитора по химии. Но я рекомендую всё-таки вникнуть и разобраться, чтобы прояснить всё окончательно. Итак, ответьте, какова молярная масса серной кислоты.
Здесь придётся сосредоточиться, чтобы не запутаться. Формула серной кислоты H2SO4, то есть у нас имеется:
Смотрим в периодическую таблицу и определяем атомные массы:
· атомная масса водорода – 1
· атомная масса кислорода – 16.
2 атома водорода + 1 атом серы + 4 атома кислорода
В этом выражении в каждом слагаемом первый множитель – число атомов элемента, второй множитель – атомная масса. Дальше просто математика: 2*1+1*32+4*16=98. И да, молярная масса серной кислоты 98 г/моль.
Уверена, теперь вы различите моль в шкафу и моль в химии. А дальше мы будем разбираться, как взвесить на обычных весах эти моли .
Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
chva
Виталий Чихарин
Вчера обещал объяснить это доступным языком. Вещь важная для понимания химии. Если один раз понять, то потом уже не забудешь.
Химия имеет свой язык, как и любая наука. 2H2 + O2 → 2H2O — на химическом языке запись реакции образования воды из простых веществ, водорода (H) и кислорода (O). Маленькие цифры относятся к количеству атомов (Они стоят после символа химического элемента), большие — к количеству молекул. Из уравнения видно что две молекулы водорода соединяются с одной молекулой кислорода и в результате выходит две молекулы воды. Внимание — это очень важно понять! Соединяются именно молекулы с молекулами, не «грамм с граммом», а молекула с молекулой.
Эта пропорция сохранится всегда:
| 2 молекулы водорода | соединятся с одной молекулой кислорода | и получится | 2 молекулы воды |
| 200 молекул водорода | соединятся с 100 молекул кислорода | и получится | 200 молекулы воды |
| 2000 молекул водорода | соединятся с 1000 молекул кислорода | и получится | 2000 молекулы воды |
| 2 миллиона молекул водорода | соединятся с миллионом молекул кислорода | и получится | 2 миллиона молекул воды |
Всё бы хорошо, но есть две проблемы. Первая — в реальной жизни мы не сможем отмерить один миллион молекул кислорода или водорода. Мы сможем отмерить один грамм или одну тонну реактивов. Вторая — молекулы очень маленькие. В одном стакане воды их 6,7·10 24 штук. Или, в обычной записи 6,7 триллионов триллионов (именно так — почти семь триллионов раз по триллиону молекул). Оперировать такими цифрами неудобно.
Читайте также: Сварка алюминия в пскове
Какой же выход? Молекулы ведь тоже имеют массу, пускай очень маленькую. Мы просто берём массу одной молекулы, умножаем на количество молекул и получаем нужную нам массу. Договорились так — берём очень большое количество молекул (600 миллиардов триллионов штук) и изобретаем для этого количества специальную единицу измерения моль. Как для 12 штук чего-либо есть специальное название «дюжина», и когда говорят о «десяти дюжинах», то имеют в виду 120 штук. 5 дюжин яиц = 60 штук. Так и с молями. 1 моль — это 600 миллиардов триллионов молекул или, в математической нотации, 6,02·10 23 молекул. То есть когда нам говорят «1 моль» водорода, мы знаем что речь идёт о 600 миллиардах триллионов молекул водорода. Когда говорят о 0,2 молях воды, то мы понимаем что речь идёт 120 миллиардах триллионов молекул воды.
Ещё раз — моль это просто такая счётная единица, только специально для молекул. Как «десяток», «дюжина» или «миллион», только гораздо больше.
Продолжая таблицу выше, можно написать:
| 2 моля водорода | соединятся с одним молем кислорода | и получится | 2 моля воды |
| 20 молей водорода | соединятся с 10 молями кислорода | и получится | 20 молей воды |
| 1000 молей водорода | соединятся с 500 молями кислорода | и получится | 1000 молей воды |
Первую проблему мы решили, писать 1 моль или 2 моля гораздо удобнее чем 600 миллиардов триллионов молекул или 1,2 триллиона триллионов молекул. Но для одного удобства не стоило огород городить. Вторая проблема, как помним, переход от количества молекул (не считать же их поштучно!) к массе вещества, к тому что мы можем отмерить на весах. Такое количество молекул в одном моле (оно ведь немного странное, некруглое — 6,02·10 23 молекул) выбрано неспроста. Один моль молекул углерода весит ровно 12 грамм.
Понятно что все молекулы разные. Есть большие и тяжелые — в них может быть много атомов, или не очень много, но зато сами атомы тяжелые. А есть маленькие и легкие молекулы. Для каждого атома и для многих молекул есть в справочниках таблицы с их молярной массой. То есть с весом одного моля таких молекул (если нет, можно легко самим посчитать, сложив молярные массы всех атомов, из которых составлена молекула). Молярная масса измеряется в грамм/моль (сколько грамм весит один моль, то есть сколько грамм весят 6,02·10 23 молекул). Мы помним ведь что моль — просто счётная единица. Ну как если бы в справочнике писали — 1 дюжина куриных яиц весит 600 грамм, а 1 дюжина страусиных весит 19 килограмм. Дюжина — просто количество (12 штук), а сами яйца, куриное или страусиное, весят по-разному. И дюжина таких или других яиц тоже по-разному весит.
Так и с молекулами. 1 моль маленьких и лёгких молекул водорода весит 2 грамма, а 1 моль больших молекул серной кислоты — 98 грамм. 1 моль кислорода весит 32 грамма, 1 моль воды — 18 грамм. Вот картинка для примера, где видны маленькие молекулы водорода и большие молекулы кислорода. Эта картинка — графическое отображение реакции 2H2 + O2 → 2H2O.
Продолжаем заполнять таблицу:
| 2 моля водорода | соединятся с одним молем кислорода | и получится | 2 моля воды |
| 4 грамма водорода (т.к. 1 моль водорода весит два грамма) | соединятся с 32 граммами кислорода | и получится | 36 грамм воды |
Читайте также: Максимальная растворимость меди в алюминии составляет приблизительно
Видите переход от количества молекул к их массе? Видите что выполняется закон сохранения вещества? 4 грамма + 32 грамма дали 36 грамм.
Теперь мы можем решать простые задачи по химии. Вот самая примитивная: Было 100 молекул кислорода и 100 молекул водорода. Что произойдёт в результате реакции? Мы знаем что на 1 молекулу кислорода нужно 2 молекулы водорода. Поэтому прореагируют все 100 молекул водорода (и образуется 100 молекул воды), а вот кислород прореагирует не весь, ещё 50 молекул останется. Кислород в избытке.
Молекулы штуками, как я уже сказал выше, никто не считает. Вещества обычно отмеряют граммами. Теперь задача из школьного учебника: есть 10 г. водорода и 64 г. кислорода, что будет если их смешать? Мы для начала должны перевести массы в моли (то есть в количество молекул или количество вещества, как говорят химики). 10 г. водорода — это 5 моль водорода (1 моль водорода весит 2 грамма). 64 г. кислорода — это 2 моля (1 моль весит 32 грамма). Мы знаем что на 1 моль кислорода при реакции уходит 2 моля водорода. Значит, в нашем случае прореагирует весь кислород (2 моля) и 4 моля водорода из пяти. Получится 4 моля воды и ещё останется один моль водорода.
Переведём ответ снова в граммы. Прореагирует весь кислород (64 грамма) и 8 грамм водорода (4 моля * 2 г/моль). 1 моль водорода останется не прореагировавшим (это 2 грамма) и получится 72 грамма воды (4 моля * 18 г/моль). Закон сохранения вещества опять выполняется — 64 + 10 = 72 + 2.
Думаю что теперь уже всем должно быть понятно. 1 моль — просто количество молекул. Молярная масса — это масса одного моля. Она нужна для того чтобы переходить от массы вещества (с которой мы работаем в реальном мире) к количеству молекул, или количеству вещества, нужному для реакций.
а) вещества реагирует в соотношении n молекул одного к m молекул другого. Это пропорция будет одинаковой и для 100 молекул исходного вещества, и для ста триллионов, или для ста триллионов триллионов.
б) для удобства, чтобы не считать молекулы штуками, придумали специальную счётную единицу — моль, то есть сразу 6,02·10 23 молекул. Количество этих молей называют обычном «количество вещества»
в) моль каждого вещества весит по-разному, т.к. молекулы и атомы, из которых состоит вещества, сами весят по-разному. Масса одного моля вещества называется его молярной массой. Ещё один пример — обычные и силикатные кирпичи весят по-разному. Если мы проведём аналогию, то «вес тысячи кирпичей» — это «молярная масса» (с тем отличием что молекул не 1000, а больше). Масса этой «тысячи кирпичей» разная для силикатных и обычных кирпичей.
г) весь этот огород городим для того чтобы легко можно было переходить от массы реактивов к количеству вещества (количеству молекул, количеству молей) и обратно. А переходить туда/обратно нужно потому что в реальном мире мы отмеряем реактивы граммами, а химические реакции идут пропорционально не массе, а количеству молекул.
P.S. Химикам и прочим — я здесь специально многое упрощал. Не нужно мне объяснять что 12 грамм весит не 1 моль углерода, а 1 моль молекул изотопа С 12 , или про то что вместо «молекул» нужно было бы писать «структурных единиц» (молекул, ионов, атомов. ), специально не упомянул что 1 моль газа занимает одинаковый объём при одинаковых условиях и ещё про многое другое
Что мне не нравилось в учебниках — только формальное определение моля, без указания смысла этого понятия и для чего это нужно.
- Свежие записи
- Укладываем художественный паркет самостоятельно
- Как лучше всего защитить стены из газоблока от разрушения в первую зиму после строительства дома
- Арболит, он же — опилкобетон
- Особенности звукоизоляции помещений
- Глина с опилками – самый лучший и дешевый способ утепления бетонных стен дома