Масса молекул. Количество вещества

Масса молекул. Количество вещества

Рассмотрим основные понятия молекулярно-кинетической теории: относительная молекулярная масса, количество вещества, постоянная АвогАдро, молярная масса.

Так как массы молекул очень малы, удобно использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а относительные.

По международному соглашению массы всех атомов и молекул сравниваются с 1/12 массы атома углерода. Массу частицы, измеренную в а.е.м. (атомная единица массы), принято называть относительной атомной (или молекулярной) массой. Значения относительных атомных масс приведены в периодической системе химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Периодическая система химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева

Относительная молекулярная масса молекулы вещества равна сумме относительных атомных масс атомов, составляющих данную молекулу. Относительные атомные массы всех химических элементов точно измерены. Относительная молекулярная масса (M_r) – отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода (m_0c).
Складывая относительные массы элементов, входящих в состав молекулы вещества, можно вычислить относительную молекулярную массу вещества. Например, относительная молекулярная масса углекислого газа СО₂ приблизительно равна 44, так как относительная атомная масса углерода точно равна 12, а кислорода примерно 16:   к 12+2*16=44
Количество вещества – это физическая величина, характеризующая число структурных единиц в теле (атомов в атомарном веществе, молекул – в молекулярном).
Единицей количества вещества в СИ является моль. Один моль равен количеству вещества, в котором содержится столько же атомов или молекул, сколько атомов содержится в чистом углероде массой 0,012 кг. Такое число атомов называется числом Авогадро в честь итальянского ученого. 
Для определения постоянной Авогадро надо найти массу одного атома углерода. Постоянную Авогадро можно определить, если разделить массу углерода, взятого в количестве одного моля на массу атома углерода:
Количество вещества равно отношению числа частиц в теле (атомов – в атомарном веществе, молекул – в молекулярном) к числу молекул в одном моле вещества, т.е. к числу Авогадро.

Если два разных тела состоят из одного и того же числа частиц (хотя и разных), то эти тела содержат одинаковое количество вещества (при этом массы тел могут не совпадать). Слева атомы углерода, справа атомы водорода.
Молярная масса M равна массе вещества, взятого в количестве один моль. Единица молярной массы – кг/моль.
Молярные массы веществ, молекулы которых состоят из одного атома, приведены в Периодической системе Д.И.Менделеева. 
Например, информация в клетке с углеродом, помимо порядкового номера 6 углерода в Периодической системе, задает его молярную массу в г/моль 12,011. Молярная масса углерода в СИ равна 0,012 кг/моль. Для веществ, молекулы которых состоят из двух атомов (например, О₂), молярная масса составит удвоенную цифру, взятую из Периодической системы. 
Для молекул более сложного состава при расчете учитывается число атомов всех химических элементов в молекуле. 
Если массу одной молекулы вещества обозначить через m₀ (эм нулевое), то молярную массу можно трактовать как массу постоянной Авогадро (N_а) молекул. Масса любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле. Заменив постоянное Авогадро и число молекул в теле их выражениями, получим, что количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе.
Масса молекулы может быть рассчитана на основе молярной массы и числа Авогадро.
Масса одного атома водорода, например, составляет 1,67·10^-27 кг, молекулы водорода Н₂ в 2 раза больше, масса атома углерода в 12 раз, а молекулы кислорода в 32 раза больше массы атома водорода.
Размер молекулы a может быть оценен как размер кубика, в котором содержится одна молекула, исходя из плотности твердых или жидких веществ и массы одной молекулы.
Для воды диаметр  а = 3·10^-10 м. Для газов, в которых молекулы разделены друг от друга зазором, как показано на рисунке, такая оценка дает среднее расстояние между молекулами.
Часто при решении той или иной задачи важнее знать не число частиц вещества, а их концентрацию. Концентрация (n) показывает, сколько частиц содержится в единице объема (чаще всего - в одном кубическом метре) данного вещества.

Рассмотрим задачи.
Определим молярную массу воды.
Решение. В молекуле воды  Н₂О 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Атомная масса водорода = 1, а кислорода – 16. Следовательно молекулярная масса воды равна 2* 1 + 16 = 18 атомных единиц массы, а молярная масса воды =0,018 кг/моль.  
Какое количество вещества содержится в воде массой 200 г?

Для решения задачи переведем массу в систему СИ. Запишем формулу для определения количества вещества. 
Чтобы иметь возможность воспользоваться ей, надо найти молярную массу воды. 
Теперь подставим наши результаты в исходную формулу и получим ответ.
 В воде массой 200 г содержится 11,1 моль вещества.