Кількість речовини, моль, молярна маса та молярний об'єм

Хімія – це наука про речовини. А як виміряти речовини? У яких одиницях? У молекулах, з яких складаються речовини, але це дуже складно. У грамах, кілограмах чи міліграмах, але так вимірюють масу. А якщо об'єднати масу, яку вимірюють на терезах і кількість молекул речовини, чи можливо це?

а) H-водень

Візьмемо 1г водню та підрахуємо кількість атомів водню у цій масі (запропонуйте це зробити учням за допомогою калькулятора).

N_н= 1г / (1,66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

б) O-кисень

А_про= 16а.е.м = 16 * 1.67 * 10 -24 г

N_o= 16г / (16 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

в) C-вуглець

А_з= 12а.е.м = 12 * 1.67 * 10 -24 г

N_c= 12г / (12 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23

Зробимо висновок: якщо ми візьмемо таку масу речовини, яка дорівнює атомній масі за величиною, але взята в грамах, то там завжди буде (для будь-якої речовини) 6.02 *10 23 атомів цієї речовини.

= 18г / (18 * 1.66 * 10 -24) г = 6,02 * 10 23 молекул води і т.д.

N_а = 6,02 * 10 23 - Число або постійна Авогадро.

Міль - кількість речовини, в якій міститься 6,02 * 1023 молекул, атомів або іонів, тобто. структурні одиниці.

Буває моль молекул, моль атомів, моль іонів.

n - число молей, (число молей часто позначають - ню),
N - число атомів чи молекул,
N_а = Постійна Авогадро.

Кмоль = 103 моль, ммоль = 10 -3 моль.

Показати портрет Амедео Авогадро на мультимедійній установці та коротко розповісти про нього, або доручити учневі підготувати невелику доповідь про життя вченого.

Урок 2

Тема «Молярна маса речовини»

Чому ж дорівнює маса 1 молячи речовини? ( Висновок учні часто можуть зробити самі.)

Маса одного молячи речовини дорівнює його молекулярній масі, але виражена в грамах. Маса одного моля речовини називається молярною масою і позначається - M.

Формули:

М - молярна маса,
n - число молей,
m – маса речовини.

Маса моля вимірюється в г/моль, маса кмоля вимірюється в кг/кмоль, маса ммоля вимірюється мг/моль.

Заповнити таблицю (таблиці лунають).

Речовина

Число молекул
N=N_an

Молярна маса
M=
(Розраховується за ПСХЕ)

Число молей
n ( )=

Маса речовини
m = M n

12,04*10 26

Урок 3

Тема: Молярний об'єм газів

Розв'яжемо завдання. Визначте об'єм води, маса якої за нормальних умов 180 г.

Тобто. Об'єм рідких і твердих тіл вважаємо через щільність.

Але, під час розрахунку обсягу газів необов'язково знати щільність. Чому?

Італійський вчений Авогадро визначив, що в рівних обсягах різних газів за однакових умов (тиску, температури) міститься однакове число молекул - це твердження називається законом Авогадро.

Тобто. якщо за рівних умов V(H₂) = V (O₂) , то n(H₂) = n (O₂), і навпаки якщо за рівних умов n(H₂) = n (O₂) то й обсяги цих газів будуть однакові. А моль речовини завжди містить одне і те ж число молекул 6,02 * 10 23 .

Робимо висновок - за однакових умов молі газів повинні займати один і той самий обсяг.

За нормальних умов (t=0, P=101,3 кПа. або 760 мм рт. ст.) молі будь-яких газів займають однаковий обсяг. Цей обсяг називається молярним.

V_m= 22,4 л/моль

1кмоль займає об'єм -22,4 м 3 /кмоль, 1ммоль займає об'єм -22,4 мл/ммоль.

приклад 1. (Вирішується на дошці):

приклад 2. (Можна запропонувати вирішити учням):

Запропонувати учням заповнити таблицю.

Речовина

Число молекул
N = n N_a

Маса речовини
m = M n

Число молей
n =

Молярна маса
M=
(можна визначити за ПСХЕ)

Об'єм
V=V_m n

Що таке моль у хімії?

Моль - це просто одиниця виміру. Фактично, це одна із семи основних одиниць Міжнародної системи одиниць (СІ). Одиниці винаходяться, коли наявні одиниці неадекватні. Хімічні реакції часто відбуваються на рівнях, де використання грамів немає сенсу, але використання абсолютних чисел атомів/молекул/іонів також може призвести до плутанини. Отже, вчені винайшли крота, щоб подолати розрив між дуже маленькими та дуже великими числами.

Ось подивіться, що таке моль, чому ми використовуємо молі і як перетворити молі на грами.

Ключові Takeaways: Крот у хімії

• Моль - це одиниця СІ, яка використовується для вимірювання кількості будь-якої речовини.
• Абревіатура молячи – мовляв.
• Один міль - це рівно 6,02214076×10 23 частинок. «Частиницями» можуть бути щось маленьке, на зразок електронів чи атомів, або щось велике, на кшталт слонів чи зірок.

Що таке моль?

Як і всі одиниці, родимка має бути визначена або заснована на чомусь відтворюваному. Нинішнє визначення молячи визначено, але раніше воно ґрунтувалося на кількості атомів у зразку ізотопу вуглецю-12.

Сьогодні міль — це число частинок Авогадро, що дорівнює точно 6,02214076×10 23 . Для всіх практичних цілей маса одного моля сполуки в грамах приблизно дорівнює масі однієї молекули сполуки в дальтонах.

Спочатку моль був кількістю всього, що має ту саму кількість частинок, що й 12 000 г вуглецю-12. Це число частинок і є число Авогадро , яке дорівнює 6,02x10 23 . Моль атомів вуглецю становить 6,02x1023 атомів вуглецю. Моль вчителів хімії становить 6,02 х10 23 вчителі хімії. Набагато простіше написати слово «крот», ніж написати «6,02x1023» у будь-який час, коли ви хочете послатися на велику кількість речей.Власне, тому й придумали саме цей агрегат.

Чому ми використовуємо родимки

Чому б нам просто не дотримуватись таких одиниць, як грами (нанограми, кілограми тощо)? Відповідь полягає в тому, що молі дають нам послідовний метод перетворення між атомами/молекулами та грамами. Це просто зручна одиниця для використання під час виконання розрахунків. Вам може здатися, що це не надто зручно, коли ви вперше вчитеся використовувати його, але як тільки ви освоїтеся з ним, моль стане такою самою звичайною одиницею, як, скажімо, дюжина чи байт.

Перетворення молей у грами

Однією з найпоширеніших хімічних розрахунків є перетворення молей речовини на грами. Коли ви зіставляєте рівняння, ви будете використовувати молярне співвідношення між реагентами та реагентами. Щоб зробити це перетворення, все, що вам потрібно, це періодична таблиця або інший список атомних мас.

Приклад: Скільки грамів вуглекислого газу становлять 0,2 моля СО ₂ ?

Знайдіть атомні маси вуглецю та кисню. Це кількість грамів однією моль атомів.

Вуглець (C) має 12,01 г на моль.
Кисень (O) має 16,00 г на моль.

Одна молекула вуглекислого газу містить 1 атом вуглецю та 2 атоми кисню, тому:

кількість грамів на моль CO ₂ = 12,01 + [2 x 16,00]
кількість грамів на моль CO ₂ = 12,01 + 32,00
кількість грамів на моль CO ₂ = 44,01 г/моль

Просто помножте цю кількість грамів на моль на кількість молей, що є у вас, щоб отримати остаточну відповідь:

грамів в 0,2 моля CO ₂ = 0,2 моля x 44,01 г/моль
грама в 0,2 моля CO ₂ = 8,80 грама

Хорошою практикою є скасування певних одиниць, щоб дати вам ту, яка вам потрібна.У цьому випадку молі виключаються із розрахунку, залишаючи вам грами.

Джерела

• Андреас, Бірк; та інші. (2011). «Визначення постійної Авогадро шляхом підрахунку атомів у кристалі 28Si». Фізичні оглядові листи . 106 (3): 30801. doi:10.1103/PhysRevLett.106.030801
• де Б'євр, Поль; Пайзер, Х. Штеффен (1992). «Атомна вага» - назва, його історія, визначення та одиниці виміру». Чиста та прикладна хімія . 64 (10): 1535-43. дої: 10.1351/pac199264101535
• Хіммельблау, Девід (1996). Основні принципи та розрахунки у хімічній технології (6-тє вид.). ISBN 978-0-13-305798-0.
• Міжнародне бюро заходів та ваг (2006 р.). Міжнародна система одиниць (СІ) (8-е вид.). ISBN 92-822-2213-6.
• Юнус О. Ченгель; Боулз, Майкл А. (2002). Термодинаміка: інженерний підхід (8-е вид.). Теннессі: Макгроу Хілл. ISBN 9780073398174.

Конвертер величин

Перевести одиниці: мілімоль на літр [ммоль/л] на моль на літр [моль/л]

Кути в архітектурі та мистецтві

Детальніше про молярну концентрацію

Загальні відомості

Один моль вуглецю - це кількість речовини, в якій міститься таке ж число атомів як у 12 грамах вуглецю-12, тобто 6×10? атомів.

Концентрацію розчину можна вимірювати різними способами, наприклад, як відношення маси розчиненої речовини до загального обсягу розчину. У цій статті ми розглянемо молярну концентрацію, Вимірюють як відношення між кількістю речовини в молях до загального обсягу розчину. У нашому випадку речовина - це розчинна речовина, а об'єм ми вимірюємо для всього розчину, навіть якщо в ньому розчинені інші речовини. Кількість речовини - Це число елементарних складових, наприклад атомів або молекул речовини.Оскільки навіть у малій кількості речовини зазвичай велика кількість елементарних складових, то вимірювання кількості речовини використовують спеціальні одиниці, молі. Один моль дорівнює числу атомів в 12 г вуглецю-12, тобто це приблизно 6×10? атомів.

Використовувати молі зручно у випадку, якщо ми працюємо з кількістю речовини настільки малою, що її можна легко виміряти домашніми або промисловими приладами. Інакше довелося б працювати з дуже великими числами, що незручно, або дуже маленькою вагою або об'ємом, які важко знайти без спеціалізованого лабораторного обладнання. Найчастіше при роботі з молями використовують атоми, хоча можна використовувати й інші частинки, наприклад молекули або електрони. Слід пам'ятати, що й використовуються не атоми, необхідно це вказати. Іноді молярну концентрацію також називають молярністю.

Слід не плутати молярність з моляльністю. На відміну від молярності, моляльність - це відношення кількості розчинної речовини до маси розчинника, а не до всього розчину. Коли розчинник - вода, а кількість розчинної речовини в порівнянні з кількістю води мало, то молярність і моляльність схожі за значенням, але в інших випадках вони зазвичай відрізняються.

Чинники, що впливають на молярну концентрацію

Молярна концентрація залежить від температури, хоча ця залежність сильніша для одних і слабша для інших розчинів, залежно від того, які речовини в них розчинені. Деякі розчинники у разі підвищення температури розширюються. У цьому випадку, якщо розчинені в цих розчинниках речовини не розширюються разом з розчинником, молярна концентрація всього розчину знижується.З іншого боку, у деяких випадках з підвищенням температури розчинник випаровується, а кількість розчинної речовини не змінюється – у цьому випадку концентрація розчину збільшиться. Іноді відбувається навпаки. Іноді зміна температури впливає на те, як розчиняється розчинна речовина. Наприклад, частина або вся розчинна речовина перестає розчинятися, і концентрація розчину зменшується.

Одиниці

Молярну концентрацію вимірюють в молях на одиницю об'єму, наприклад, молях на літр або молях на кубічний метр. Молі на кубічний метр – це одиниця СІ. Молярність можна також вимірювати, використовуючи інші одиниці обсягу.

Як знайти молярну концентрацію

Щоб знайти молярну концентрацію необхідно знати кількість та обсяг речовини. Кількість речовини можна обчислити, використовуючи хімічну формулу цієї речовини та інформацію про загальну масу цієї речовини у розчині. Тобто щоб дізнатися кількість розчину в молях, дізнаємося з таблиці Менделєєва атомну масу кожного атома в розчині, а потім розділимо загальну масу речовини на загальну атомну масу атомів в молекулі. Перед тим, як складати разом атомну масу, слід переконатися, що ми помножили масу кожного атома на кількість атомів у молекулі, яку ми розглядаємо.

Можна проводити обчислення та у зворотному порядку. Якщо відома молярна концентрація розчину і формула розчинної речовини, можна дізнатися кількість розчинника в розчині, в молях і грамах.

Приклади

Знайдемо молярність розчину з 20 літрів води та 3-х столових ложок соди. В одній столовій ложці приблизно 17 грам, а в трьох - 51 грам. Сода – це гідрокарбонат натрію, формула якого – NaHCO₃.У цьому прикладі ми будемо використовувати атоми для обчислення молярності, тому знайдемо атомну масу складових натрію (Na), водню (H), вуглецю (C) та кисню (O).

Na: 22.989769
H: 1.00794
C: 12.0107
O: 15.9994

Оскільки кисень у формулі — O₃, необхідно помножити атомну масу кисню на 3. Отримаємо 47,9982. Тепер складемо маси всіх атомів та отримаємо 84,006609. Атомну масу вказують у таблиці Менделєєва в атомних одиницях маси або а. е. м. Наші обчислення теж у цих одиницях. Одна. е. м. дорівнює масі одного молячи речовини в грамах. Тобто, в нашому прикладі маса одного моля NaHCO₃ дорівнює 84,006609 грама. У нашому завданні – 51 грам соди. Знайдемо молярну масу, розділивши 51 грам на масу одного моля, тобто на 84 грами, і отримаємо 0,6 моля.

Виходить, що наш розчин - це 0,6 молячи соди, розчинені в 20 літрах води. Розділимо цю кількість соди на загальний об'єм розчину, тобто 0,6 моля/20 л = 0.03 моль/л. Так як у розчині використовували велику кількість розчинника і мала кількість розчинної речовини, його концентрація мала.

Розглянемо інший приклад. Знайдемо молярну концентрацію одного шматочка цукру у чашці чаю. Столовий цукор складається із сахарози. Спочатку знайдемо вагу одного моля цукрози, формула якої — C₁₂H₂₂O₁₁. Використовуючи таблицю Менделєєва, знайдемо атомні маси та визначимо масу одного моля цукрози: 12×12 + 22×1 + 11×16 = 342 грам. В одному кубику цукру 4 грами, що дає нам 4/342 = 0,01 молей. В одній чашці близько 237 мл чаю, значить концентрація цукру в одній чашці чаю дорівнює 0,01 моля / 237 мл × 1000 (щоб перевести мілілітри в літри) = 0,049 моля на літр.

Застосування

У стехіометрії визначають кількість речовин, які взаємодіють одна з одною у хімічній реакції, а також кількість речовин, отриманих в результаті цієї реакції.

Молярна концентрація зручна: при однаковій температурі та тиску один моль різних газів займає однаковий обсяг, і цю властивість можна використовувати у різних обчисленнях.

Молярну концентрацію широко використовують у обчисленнях, пов'язаних із хімічними реакціями. Розділ хімії, в якому розраховують співвідношення між речовинами у хімічних реакціях та часто працюють з молями, називається стехіометрією. Молярну концентрацію можна знайти за хімічною формулою кінцевого продукту, який потім стає розчинною речовиною, як у прикладі з розчином соди, але можна також спочатку знайти цю речовину за формулами хімічної реакції, під час якої вона утворюється. Для цього потрібно знати формули речовин, що беруть участь у цій хімічній реакції. Вирішивши рівняння хімічної реакції, дізнаємося формулу молекули речовини, що розчиняється, а потім знайдемо масу молекули і молярну концентрацію за допомогою таблиці Менделєєва, як у прикладах вище. Звичайно, можна проводити обчислення і у зворотному порядку, використовуючи інформацію про молярну концентрацію речовини.

Коли нам відомі речовини, які вступають у хімічну реакцію одна з одною, ми можемо дізнатися формулу, вирішивши рівняння для хімічної реакції. Додавши отриману речовину в розчин, можна знайти молярну концентрацію, як у попередніх прикладах.

Розглянемо найпростіший приклад. На цей раз змішаємо соду з оцтом, щоб побачити цікаву хімічну реакцію. І оцет, і соду легко знайти – напевно, вони є у вас на кухні.Як згадувалося вище, формула соди — NaHCO₃. Оцет – це не чиста речовина, а 5% розчин оцтової кислоти у воді. Формула оцтової кислоти - CH₃COOH. Концентрація оцтової кислоти в оцті може бути більшою або меншою за 5%, залежно від виробника та країни, в якій вона зроблена, оскільки в різних країнах концентрація оцту різна. У цьому експерименті можна не турбуватися про хімічні реакції води з іншими речовинами, оскільки вода не реагує із содою. Нам важливий лише об'єм води, коли пізніше ми обчислюватимемо концентрацію розчину.

Спочатку вирішимо рівняння для хімічної реакції між содою та оцтовою кислотою:

NaHCO₃ + CH₃COOH → NaC₂H₃O₂ + H₂CO₃

Продукт реакції - H₂CO₃, речовина, яка через низьку стабільність знову вступає в хімічну реакцію.

В результаті реакції отримуємо воду (H₂O), вуглекислий газ (CO₂) та ацетат натрію (NaC₂H₃O₂). Змішаємо отриманий ацетат натрію з водою і знайдемо молярну концентрацію цього розчину, так само, як перед цим ми знаходили концентрацію цукру в чаї та концентрацію соди у воді. При обчисленні об'єму води необхідно враховувати і воду, в якій розчинено оцтову кислоту. Ацетат натрію – цікава речовина. Його використовують у хімічних грілках, наприклад, у грілках для рук.

Використовуючи стехіометрію для обчислення кількості речовин, що вступають у хімічну реакцію, або продуктів реакції, для яких ми пізніше знаходимо молярну концентрацію, слід зауважити, що тільки обмежена кількість речовини може вступати в реакцію з іншими речовинами. Це також впливає на кількість кінцевого продукту. Якщо молярна концентрація відома, то, навпаки, можна визначити кількість вихідних продуктів шляхом зворотного розрахунку.Цей метод нерідко використовують практично, при розрахунках, що з хімічними реакціями.

При використанні рецептів, чи то в кулінарії, у виготовленні ліків, чи при створенні ідеального середовища для акваріумних рибок, необхідно знати концентрацію. У повсякденному житті найчастіше зручніше використовувати грами, але у фармацевтиці та хімії частіше використовують молярну концентрацію.

При виготовленні ліків, які контактують з мембранами в організмі, наприклад, при виготовленні очних крапель, необхідно врівноважити осмотичну концентрацію ліків з концентрацією рідини в організмі. Якщо цього не зробити, то через різницю в осмотичній концентрації рідина почне пересуватися через мембрану, що може спричинити ускладнення.

У фармацевтиці

При створенні ліків молярна концентрація дуже важлива, тому що від неї залежить, як ліки впливають на організм. Якщо концентрація надто висока, то ліки можуть бути навіть смертельними. З іншого боку, якщо концентрація занадто мала, то ліки неефективні. Крім цього, концентрація важлива під час обміну рідин через клітинні мембрани в організмі. При визначенні концентрації рідини, яка повинна або проходити, або, навпаки, не проходити через мембрани, використовують молярну концентрацію, або з її допомогою знаходять осмотичну концентрацію. Осмотичну концентрацію використовують частіше, ніж молярну. Якщо концентрація речовини, наприклад ліки, вища з одного боку мембрани, порівняно з концентрацією з іншого боку мембрани, наприклад, всередині ока, більш концентрований розчин переміститься через мембрану туди, де концентрація менше. Такий потік розчину через мембрану нерідко є проблематичним.Наприклад, якщо рідина переміщається всередину клітини, наприклад, в кровоносну клітину, то можливо, що через переповнення рідиною мембрана буде пошкоджена і розірветься. Витік рідини з клітини теж проблематичний, тому що через це порушиться працездатність клітини. Будь-яке викликане медикаментами перебіг рідини через мембрану з клітини або клітину бажано запобігти, і для цього концентрацію ліки намагаються зробити схожою на концентрацію рідини в організмі, наприклад в крові.

Варто зауважити, що у деяких випадках молярна та осмотична концентрація рівні, але це не завжди так. Це залежить від того, чи розпалася розчинена у воді речовина на іони в процесі електролітичної дисоціації. Обчислюючи осмотичну концентрацію, враховують частинки загалом, у той час як при обчисленні молярної концентрації враховують лише певні частки, наприклад, молекули. Тому якщо, наприклад, ми працюємо з молекулами, але речовина розпалася на іони, то молекул буде менше загальної кількості частинок (включаючи і молекули та іони), і отже молярна концентрація буде нижче осмотичної. Щоб перевести молярну концентрацію до осмотичної, потрібно знати фізичні властивості розчину.

У виготовленні лікарських препаратів фармацевти також враховують тонічність розчину. Тонічність - властивість розчину, що залежить від концентрації. На відміну від осмотичної концентрації, тонічність – це концентрація речовин, які не пропускає мембрана. Процес осмосу змушує розчини з більшою концентрацією переміщатися в розчини з меншою концентрацією, але якщо мембрана запобігає цьому руху, не пропускаючи через себе розчин, виникає тиск на мембрану.Такий тиск зазвичай проблематичний. Якщо ліки призначені для того, щоб проникнути в кров або іншу рідину в організмі, необхідно врівноважити тонічність цих ліків з тонічністю рідини в організмі, щоб уникнути осмотичного тиску на мембрани в організмі.

Щоб врівноважити тонічність, лікарські препарати нерідко розчиняють у ізотонічному розчині. Ізотонічний розчин - це розчин столової солі (NaCL) у воді з такою концентрацією, яка дозволяє врівноважити тонічність рідини в організмі та тонічність суміші цього розчину та ліків. Зазвичай ізотонічний розчин зберігають у стерильних контейнерах і вливають його внутрішньовенно. Іноді його використовують у чистому вигляді, а іноді – як суміш із ліками.