3.1. Кількість речовини. Моль – одиниця кількості речовини. Число Авогадро | Хімія – шкільний курс

Хімічні рівняння відображають не лише якісний, а й кількісний бік хімічної реакції. Речовини вступають у реакції в точно визначених співвідношеннях. Наприклад, щоб отримати дві молекули води, необхідно дві молекули водню сполучити з однією молекулою кисню: 2H₂ + O₂ = 2H₂O. А якщо взяти для реакції три молекули водню? Одна молекула водню в реакцію не вступить, вона буде зайвою. Згідно із законом сталості складу речовини формула води завжди – H₂O. Чи можемо ми відрахувати певне число атомів або молекул речовини для хімічної реакції? Ні. Тому у хімії застосовують особливу фізичну величину, яка називається кількістю речовини.

Кількість речовини – це фізична величина, що визначається кількістю структурних частинок (молекул, атомів, йонів), які містяться в певній порції речовини. Кількість речовини позначається грецькою літерою ν («ню»)

Кількість речовини визначають за співвідношенням:

де ν – кількість речовини (моль), N₀– число атомів або молекул, m – маса речовини (г, кг), N_A – стала Авогадро (6,02•10²³), М – молярна маса, (г/моль, кг/моль), V_m – молярний об’єм газу (л/моль), V – об’єм газу (л, м³)

Будь-яка фізична величина має свою одиницю вимірювання. Маса, наприклад, вимірюється в грамах, довжина – в метрах і так далі. Одиницею кількості речовини є моль. Слово «моль» походить від латинського «moles» – «множина», «безліч».

1 моль – це порція речовини, яка містить стільки формульних одиниць цієї речовини, скільки атомів Карбону міститься у 12 г вуглецю.

Встановлено, що в 12 г вуглецю (речовина атомної будови) міститься близько 6,02•10²³ атомів Карбону.

Один моль кисню О₂ (речовина молекулярної будови) міститься близько 6,02•10²³ молекул і в два рази більше атомів. Один моль кухонної солі NaCl (речовина йонної будови) міститься близько 6,02•10²³ йонів Натрію і стільки ж йонів Хлору.

Число 6,02•10²³ назване сталою Авогадро (N_A) на честь італійського вченого XIX століття А. Авогадро.

1 моль = 6,02•10²³ атомів (молекул, йонів) – стала Авогадро (N_A).

Стала Авогадро вказує на кількість частинок (атомів, молекул йонів), які містяться в 1 моль речовини незалежно від її агрегатного стану.

Отже, 1 моль Н₂О = 6,02•10²³молекул; 1 моль СО₂ = 6,02•10²³ молекул; 1 моль ZnS = 6,02•10²³ молекул; 1 моль Zn = 6,02•10²³ атомів.

Це надзвичайно велика кількість. Якщо покрити земну поверхню такою кількістю тенісних м’ячів, то товщина цього покриття становитиме близько 100 км. Одна молекула чи атом – це частинки, яких ми не можемо ні побачити, ні зважити на терезах, а 1 моль речовини можемо. Наприклад, 1 моль води становить 18 г. Знання кількості речовини дає змогу враховувати число частинок у тій чи іншій її порції або брати речовини для реакції у певних співвідношеннях.

Приклад 1. Скільки молекул містить порція води кількістю речовини 3 моль? Оскільки 1 моль H₂O – містить 6,02•10²³ молекул, тоді 3 моль H₂O – містить у три рази більше, тобто 3 × 6,02•10²³ = 18,06•10²³ молекул.

Приклад 2. Скільки молей алюмінію і сірки треба взяти для реакції отримання алюміній сульфіду (Al₂S₃), щоб вони прореагували без залишку?

З формули видно, що у сполуці на кожні два атоми Алюмінію припадає три атоми Сульфуру. Значить, вихідні речовини треба брати такою кількістю речовини, щоб завжди зберігалось співвідношення 2 : 3. Наприклад: 2 моль алюмінію і 3 моль сірки; 1 моль алюмінію і 1,5 моль сірки; 0,4 моль алюмінію і 0,6 моль сірки тощо.

Використовуючи формулу кількості речовини, можна обчислити число атомів, молекул і йонів у певній порції речовини.

Число атомів і молекул визначають за співвідношенням:

N_м = ν • N_А

N_ат = ν • N_Апростої речовини

N_м = ν • N_А• n
складної речовини

або

N_а = N_м • n
складної речовини

ν – кількість речовини (моль); N_м– число молекул у певній порції речовини; n – число атомів у молекулі речовини; N_A – стала Авогадро (6,02•10²³). N_ат– число атомів у певній порції речовини.

Обчислення числа атомів (молекул та йонів) у певній кількості речовини

Приклад 3. Скільки молекул містить фосфор(V) оксид кількістю речовини 2 моль?

Дано:

ν(P₂O₅) = 2 моль

N_м = ν • N_А

N_А = 6,02 • 10²³ • моль^–1

Розв’язання:

Це складна речовина молекулярної будови, яка складається з молекул P₂O₅.

N_м (P₂O₅) = ν(P₂O₅) • N_A = 2 • 6,02 • 10²³ = 12,04 • 10²³ (молекул).

N_{молекул} – ?

Відповідь: у фосфор(V) оксиді кількістю речовини 2 моль міститься 12,04 • 10²³ молекул.

Приклад 4. Скільки атомів Фосфору міститься у зразку червоного фосфору кількістю речовини 0,5 моль?

Дано:

ν(Р) = 0,5 моль

Розв’язання:

Це проста речовина атомної будови, яка складається з атомів Фосфору.

N_am(P) = ν(P) • N_A = 0,5 • 6,02 • 10²³ ≈ 3 • 10²³ (атомів).

N_атомів(P) – ?

Відповідь: у зразку фосфору кількістю речовини 0,5 моль міститься приблизно 3 • 10²³ атомів.

Приклад 5. Скільки атомів і молекул міститься у фосфор(V) оксиді кількістю речовини 0,25 моль?

Дано:

v(P₂O₅) = 0,25 моль

N_м = ν • N_А

N_а = ν • N_А • n або

N_а = N_м • n

n – кількість атомів у молекулі складної речовини

Розв’язання:

1. Знаходимо число молекул P₂O₅ у порції фосфор(V) оксиду кількістю речовини 0,25 моль:

N_м = 0,25•6,02•10²³ = 1,505•10²³(молекул).

2. Це складна речовина, в молекулі якої міститься 2 атоми Фосфору і 5 атомів Оксигену, отже, n = 7.

N_а = 1,505•10²³•7 = 10,535•10²³(атомів).

N_м(P₂O₅) – ?

N_атомів (P₂O₅) – ?

Відповідь: у 0,25 моль фосфор(V) оксиду міститься 1,505 • 10²³ молекул P₂O₅ або 10,535 • 10²³ атомів Фосфору й Оксигену.

Приклад 6. Скільки і яких йонів міститься у алюміній оксиді кількістю речовини 3 моль?

Дано:

ν(Al₂O₃) = 3 моль

Розв’язання:

Це складна речовина йонної будови. У формульній оди-ниці алюміній оксиду міститься 2 йони Al³⁺і 3 йони О^2–.

N_йонів (Al³⁺) = 3 • 2 • 6,02 • 10²³= 36,12 • 10²³;

N_йонів (О^2–)= 3 • 3 • 6,02 • 10²³= 54,18 • 10²³;

N_йонів(Al₂O₃) = 36,12 • 10²³ + 54,18 • 10²³ = 90,3 • 10²³ або

N_йонів(Al₂O₃) = 3 • 5 • 6,02 • 10²³ = 90,3 • 10²³.

N_йонів(Al₂O₃) – ?

Відповідь: у алюміній оксиді кількістю речовини 3 моль міститься 90,3 · 10²³ йонів.

Слід пам’ятати!

1. Число атомів і число молекул для простої речовини визначається за формулою: N_ат = ν • N_А.

2. Для визначення числа атомів у порції складної речовини необхідно враховувати їх число у молекулі.

3. Слово «моль», якщо перед ним є число, не відмінюється (1 моль, 4 моль). Якщо ж числа немає, то слово «моль» відмінюється («моля» – род. відм., «молем» – оруд. відм.).

Завдання для самоконтролю

■ 220.Скільки атомів міститься: а) у фосфорі кількістю речовини 2 моль; б) у залізі кількістю речовини 1,25 моль; в) у цинку кількістю речовини 4 моль; г) у водні кількістю речовини 0,25 моль;

221. Скільки молекул міститься: а) у воді кількістю речовини 3,5 моль; б) у натрій гідроксиді кількістю речовини 1,5 моль; в) у цинк сульфаті кількістю речовини 0,5 моль; г) у натрій оксиді кількістю речовини 3 моль; д) у азоті кількістю речовини 5 моль; е) у водні кількістю речовини 6 моль; є) у кисні кількістю речовини 0,5 моль.

222. Скільки молекул і атомів міститься: а) у цинк сульфіді кількістю речовини 2 моль; б) у алюміній сульфаті кількістю речовини 1,5 моль; в) у натрій гідроксиді кількістю речовини 1,25 моль; г) у калій нітраті кількістю речовини 3 моль; д) у кисні кількістю речовини 3 моль? е) у озоні кількістю речовини 5 моль?