Періодична система хімічних елементів: як це працює

Видатний російський учений, хімік, фізик та енергетик. Найзначнішим його внеском у науку стало відкриття періодичного закону, графічне вираження якого отримало назву Періодичної системи хімічних елементів.

Періодичний закон

До середини XIX століття вчені мали у своєму розпорядженні безліч відомостей про фізичні та хімічні властивості різних елементів та їх сполук. З'явилася необхідність упорядкувати ці знання та подати їх у наочному вигляді. Дослідники з різних країн намагалися створити класифікацію, поєднуючи елементи за подібністю складу та властивостей речовин, які вони утворюють. Однак жодна із запропонованих систем не охоплювала всі відомі елементи.

Намагався вирішити це і молодий російський професор Д. І. Менделєєв. Він збирав та класифікував інформацію про властивості елементів та їх сполук, а потім уточнював її у ході численних експериментів. Зібравши дані, Дмитро Іванович записав відомості про кожен елемент на картки, розкладав їх на столі і багато разів переміщував, намагаючись побудувати логічну систему. Довгі наукові дослідження привели його до висновку, що властивості елементів та їх сполук змінюються із зростанням атомної маси, проте не монотонно, а періодично.

Так було відкрито періодичний закон, який вчений сформулював так: «Властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».

Своє відкриття Менделєєв зробив майже 30 років доти, як вченим вдалося зрозуміти структуру атома.Відкриття області атомної фізики дозволили встановити, що властивості елементів визначаються не атомної масою, а залежить від кількості електронів, які у ньому. Тому сучасне формулювання закону звучить трохи інакше.

Властивості хімічних елементів, а також форми і властивості речовин, що ними утворюються, і сполук знаходяться в періодичній залежності від величини зарядів ядер їх атомів.

Цей принцип Менделєєв проілюстрував у таблиці, де були представлені всі 63 відомих на той момент хімічних елемента. При її створенні вчений зробив ряд досить сміливих кроків.

По-перше, численні експерименти дозволили Менделєєву зробити висновок, що атомні маси деяких елементів раніше були обчислені неправильно, і він змінив їх відповідно до своєї системи.

По-друге, у таблиці були залишені місця нових елементів, відкриття яких вчений передбачив, докладно описавши їх властивості.

Світова наукова спільнота спочатку скептично поставилася до відкриття російського хіміка. Проте невдовзі було відкрито передбачені їм хімічні елементи: галій, скандій і германій. Це зруйнувало сумніви щодо правильності системи Менделєєва, яка назавжди змінила науку. Там, де раніше вченому вимагалося провести ряд найскладніших (і навіть не завжди можливих у реальності) дослідів, тепер стало достатньо одного погляду на таблицю.

Існує легенда, нібито знаменита таблиця з'явилася Менделєєву уві сні. Але сам Дмитро Іванович цю інформацію не підтвердив. Він справді нерідко засиджувався над роботою до пізньої ночі і засинав, продовжуючи розмірковувати над розв'язанням завдання, проте факт містичного осяяння уві сні вчений заперечував: «Я над нею, можливо, двадцять років думав, а ви думаєте, сів і раптом готове!» .

Тепер розповімо, як влаштовано Періодичну таблицю елементів Менделєєва і як їй користуватися.

Структура Періодичної системи елементів

На даний момент Періодична таблиця Менделєєва містить 118 хімічних елементів. Кожен із них займає своє місце залежно від атомного числа. Воно показує скільки протонів містить ядро ​​атома елемента і скільки електронів в атомі знаходяться навколо нього. Атом кожного наступного елемента містить один протон більше, ніж попередній.

Періоди - Це рядки таблиці. Наразі їх сім. Усі елементи одного періоду мають однакову кількість заповнених електронами енергетичних рівнів.

Групи - Це стовпці. У групи Періодичної таблиці об'єднуються елементи з однаковим числом електронів на зовнішньому енергетичному рівні їх атомів. У короткому варіанті таблиці, що використовується у шкільних підручниках, елементи поділені на вісім груп. Кожна з них ділиться на головну (A) та побічну (B) підгрупи, які поєднують елементи зі подібними хімічними властивостями.

Кожен елемент позначається однією чи двома латинськими літерами. Порядковий номер елемента (кількість протонів у його ядрі) зазвичай пишеться у лівому верхньому кутку. Також у осередку елемента зазначена його відносна атомна маса (сума мас протонів і нейтронів). Це усереднена величина, для розрахунку якої використовуються атомні маси всіх ізотопів елемента з урахуванням їхнього змісту у природі. Тому зазвичай вона є дрібним числом. Щоб дізнатися кількість нейтронів в ядрі елемента, необхідно відняти його порядковий номер відносної атомної маси (масового числа).

Властивості Періодичної системи елементів

Розташування хімічних елементів у таблиці Менделєєва дозволяє зіставляти як їх атомні маси, а й хімічні властивості.

Ось як вони змінюються в межах групи (згори донизу):

• Металеві властивості посилюються, неметалеві слабшають.



• Збільшується атомний радіус.



• Посилюються основні властивості гідроксидів та кислотні властивості водневих сполук неметалів.
  

У межах періодів (зліва направо) властивості елементів змінюються так:

• Металеві властивості слабшають, неметалеві посилюються.



• Зменшується атомний радіус.



• Зростає електронегативність.

Елементи Періодичної таблиці Менделєєва

За положенням елемента в періоді можна визначити його приналежність до металів або неметалів. Метали розташовані у лівому нижньому кутку таблиці, неметали – у правому верхньому кутку. Між ними знаходяться напівметали. Усі періоди, крім першого, починаються лужним металом. Кожен період закінчується інертним газом.

Лужні метали

Перша група - головна підгрупа елементів (IA) - лужні метали. Це сріблясті речовини (крім цезію, він золотистий) настільки м'які, що їх можна різати ножем. Оскільки на їхньому зовнішньому електронному шарі знаходиться тільки один електрон, вони дуже легко вступають у реакції. Щільність лужних металів менша за щільність води, тому вони в ній не тонуть, а бурхливо реагують з утворенням лугу та водню. Реакція йде настільки енергійно, що водень може навіть спалахнути або вибухнути. Ці метали настільки активно реагують із киснем у повітрі, що їх доводиться зберігати під шаром гасу (а літій – під шаром вазеліну).

Лужноземельні метали

Друга група головна підгрупа (IIА) представлена лужноземельними металами із двома електронами на зовнішньому енергетичному рівні атома. Берилій та магній часто не відносять до лужноземельних металів. Вони теж мають сріблястий відтінок і легко взаємодіють з іншими елементами, хоч і не так охоче, як метали з першої групи головної підгрупи. Температура плавлення лужноземельних металів вища, ніж у лужних. Іони магнію та кальцію зумовлюють жорсткість води.

Лантаноїди та актиноїди

У третій групі побічної підгрупи (IIIB) шостого та сьомого періодів знаходяться відразу кілька металів, подібних до будови зовнішнього енергетичного рівня та близьких за хімічними властивостями. У цих елементів електрони починають заповнювати третій рахунок від зовнішнього електронного шару рівень. Це лантаноїди і актиноїди. Для зручності їх розміщують під основною таблицею.

‍Лантаноїди іноді називають "рідкоземельними елементами", оскільки вони були виявлені в невеликій кількості у складі рідкісних мінералів і не утворюють власних руд.

‍Актиноїди мають одну важливу загальну властивість – радіоактивність. Всі вони, крім урану, практично не зустрічаються у природі та синтезуються штучно.

Перехідні метали

Елементи побічних підгруп, крім лантаноїдів та актиноїдів, називають перехідними металами. Вони цілком укладаються у звичні уявлення про метали — тверді (за винятком рідкої ртуті), щільні, мають характерний блиск, добре проводять тепло та електрику. Валентні електрони їхніх атомів перебувають на зовнішньому та перед зовнішньому енергетичних рівнях.

Неметали

Правий верхній кут таблиці до інертних газів займають неметали.Неметали погано проводять тепло та електрику і можуть існувати в трьох агрегатних станах: твердому (як вуглець або кремній), рідкому (як бром) та газоподібному (як кисень та азот). Водень може виявляти як металеві, так і неметалеві властивості, тому його відносять як до першої, так і до сьомої групи періодичної системи.

Підгрупа вуглецю

Четверту групу головну підгрупу (IVА) називають підгрупою вуглецю. Вуглець і кремній мають всі властивості неметалів, германій і олово займають проміжну позицію, а свинець має виражені металеві властивості. Вуглець утворює кілька алотропних модифікацій - варіантів простих речовин, що відрізняються за своєю будовою, а саме: графіт, алмаз, фулерит та інші.

Більшість елементів підгрупи вуглецю — напівпровідники (проводять електрику рахунок домішок, але гірше, ніж метали). Графіт, германій та кремній використовують при виготовленні напівпровідникових елементів (транзистори, діоди, процесори тощо).

Підгрупа азоту

П'яту групу головну підгрупу (VA) називають пніктоген або підгрупою азоту. У ході реакцій ці елементи можуть віддавати електрони, так і приймати їх, завершуючи зовнішній енергетичний рівень.

Фізичні властивості елементів підгрупи азоту є різними. Азот – безбарвний газ. Фосфор, м'яка речовина, утворює кілька варіантів алотропних модифікацій – білий, червоний та чорний фосфор. Миш'як - твердий напівметал, здатний проводити електричний струм. Вісмут - блискучий сріблясто-білий метал з райдужним відливом.

Азот – основна речовина у складі атмосфери нашої планети. Деякі елементи підгрупи азоту токсичні в людини (фосфор, миш'як, вісмут).При цьому азот і фосфор є важливими елементами ґрунтового живлення рослин, тому вони входять до складу більшості добрив. Азот і фосфор також беруть участь у формуванні найважливіших молекул живих організмів – білків та нуклеїнових кислот.

Підгрупа кисню

Халькогени, або підгрупа кисню, є елементами шостої групи головної підгрупи (VIA). Для завершення зовнішнього електронного рівня атомам цих елементів не вистачає лише двох електронів, тому вони виявляють сильні окисні (неметалеві) властивості. Однак у міру просування від кисню до полонію вони слабшають.

Кисень утворює дві алотропні модифікації - кисень і озон - той самий газ, який утворює екран в атмосфері планети, що захищає живі організми від космічного випромінювання.

Кисень і сірка легко утворюють міцні сполуки з металами - оксиди та сульфіди. У вигляді цих сполук метали часто входять до складу руд.

Галогени

Сьома група головна підгрупа (VIIA) представлена ​​галогенами - неметалами з сімома електронами на зовнішньому електронному шарі атома. Це найсильніші окислювачі, які легко вступають у реакції. Галогени (« солі, що народжують») назвали так тому, що вони реагують з багатьма металами з утворенням солей. Наприклад, хлор входить до складу звичайної кухонної солі.

Найактивніший із галогенів — фтор. Він здатний руйнувати навіть молекули води, за що й отримав своє грізне ім'я (слово «фтор» перекладається російською мовою як «руйнівний»). А його «близький родич» йод використовується в медицині у вигляді спиртового розчину для обробки ран.

Інертні гази

‍Інертні гази, розташовані в останній, восьмій групі головної підгрупи (VIIIA), - елементи з повністю заповненим зовнішнім електронним рівнем.Вони практично не здатні брати участь у реакціях. Тому їх іноді називають «шляхетними», проводячи паралель із представниками вищого суспільства, які гидують контактувати зі сторонніми.

Інертні гази мають дивовижну здатність: вони світяться під дією електромагнітного випромінювання, тому використовуються для створення ламп. Так, неон використовується для створення вивісок і реклам, що світяться, а ксенон — в автомобільних фарах і фотоспалахах.

Гелій має масу всього вдвічі більше маси молекули водню, але, на відміну від останнього, не вибухонебезпечний і використовується для заповнення повітряних куль.

Або напишемо на пошту, якщо не вийде додзвонитися

Введення в хімію/Основні поняття хімії

Хімія w — це наука про речовини, їх властивості, будову та перетворення, що відбуваються в результаті хімічних реакцій w , і навіть про закони, яким ці перетворення підпорядковуються. Оскільки всі речовини складаються з атомів, які завдяки хімічним зв'язкам між ними здатні формувати молекули, то хімія займається переважно вивченням взаємодій між атомами та молекулами, отриманими в результаті таких взаємодій.

Речовина w - вид матерії з певними хімічними та фізичними властивостями. Сукупність атомів, атомних частинок чи молекул, що у певному агрегатному стані. З речовин складаються фізичні тіла (мідь – речовина, а мідна монета – фізичне тіло).

атом - Найдрібніша, ділима, електронейтральна частка речовини. Складається з ядра та електронної оболонки.

Кожен атом належить певному хімічному елементу w . Елемент має назву, порядковий номер і положення в періодичній таблиці Менделєєва.В даний час відомо 118 хімічних елементів, закінчуючи Uuo (Ununoctium унуноктій w ). Кожен елемент позначений символом, який представляє одну або дві літери з його латинської назви (водень w позначений літерою H — першою літерою його латинської назви Hydrogenium).

Валентність w - кількість хімічних зв'язків, що утворює один атом.

Молекула w - Найменша частка речовини, що зберігає його хімічні властивості. Складається із атомів.

Властивості - Сукупність ознак, за якими одні речовини відрізняються від інших, вони бувають хімічними та фізичними.

Фізичні властивості w - ознаки речовини, при характеристиці яких речовина не змінює свій хімічний склад (щільність, агрегатний стан, температури плавлення та кипіння тощо)

Хімічні властивості w - Здатність речовин взаємодіяти з іншими речовинами або змінюватися під дією певних умов. Результатом є перетворення однієї речовини або речовин на інші речовини.

Агрегатні стани речовини w - Стан речовини, що характеризується певними властивостями (здатність зберігати форму, об'єм). Виділяють три основні агрегатні стани: тверде тіло, рідина та газ. Іноді не зовсім коректно до агрегатних станів зараховують плазму w . Існують і інші агрегатні стани, наприклад, рідкі кристали w або конденсат Бозе - Ейнштейна w .

Міль w - міра кількості речовини, що містить Число Авогадро w (N_A ≈ 6,02 × 10 23 ) будь-яких структурних частинок. (N_A - кількість атомів у 12 грамах вуглецю 12 C w .)

Періодичний закон w - Основний закон природи, відкритий Д. І.Менделєєвим у 1869 році при зіставленні властивостей відомих на той час хімічних елементів та величин їх атомних мас. Нині Періодичний закон Д. І. Менделєєва має таке формулювання: «властивості хімічних елементів, і навіть форми та властивості утворених ними простих речовин, і сполук перебувають у періодичної залежність від величини зарядів ядер їх атомів». Особливість періодичного закону серед інших фундаментальних законів полягає в тому, що він не має виразу у вигляді математичного рівняння. Графічним (табличним) виразом закону є Періодична система хімічних елементів w , Початковий варіант якої був розроблений Д. І. Менделєєвим у 1869-1871 роках.

Проста речовина w - Речовина, що складається з атомів одного хімічного елемента: водень, кисень і т.д. буд.

Складна речовина w - Речовина, що складається з атомів різних хімічних елементів: кислоти, вода та ін.

Відносна атомна маса w - Маса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул простої речовини, де а. е. м. - атомна одиниця маси w .

Відносна молекулярна маса - маса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул складної речовини. Чисельно дорівнює молярній масі, але відрізняється розмірністю.

Хімічний зв'язок w - це взаємодія атомів, що зумовлює стійкість молекули або кристала w як цілого. Хімічний зв'язок визначається взаємодією між зарядженими частинками w (ядрами w і електронами w ).

Полімери w — високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з фрагментів, що повторюються (структурних ланок).

Ступінь полімеризації w - Число структурних ланок, що входять до складу макромолекули.

Гомополімери w - полімери, утворені з однакових за складом та будовою мономерів w .

Мономер w - низькомолекулярна речовина, що утворює полімер реакції полімеризації w .

Сополімери w - Полімери, утворені з двох і більше мономерів.

Сополімеризація w - Реакція полімеризації за участю двох або більше різних мономерів.

Електрохімія w - Розділ хімічної науки, в якому розглядаються системи та міжфазні кордони при протіканні через них електричного струму, досліджуються процеси в провідниках, на електродах (з металів або напівпровідників, включаючи графіт) та в іонних провідниках (електролітах). Електрохімія досліджує процеси окислення та відновлення, що протікають на просторово-розділених електродах, перенесення іонів та електронів.

Електродний потенціал w - Різниця електричних потенціалів між електродом і електролітом, що перебуває з ним в контакті.

Електролітична дисоціація w - Процес розпаду електроліту на іони при його розчиненні або плавленні.

Електроліт w - Речовина, яка проводить електричний струм внаслідок дисоціації на іони, що відбувається в розчинах і розплавах, або руху іонів у кристалічних решітках твердих електролітів.

Електроліз w - Фізико-хімічний процес, що полягає у виділенні на електродах складових частин розчинених речовин або інших речовин, що є результатом вторинних реакцій на електродах, який виникає при проходженні електричного струму через розчин, або розплав електроліту.

Гомологічний ряд w - ряд хімічних сполук одного структурного типу (наприклад, алкани або аліфатичні спирти - спирти жирного ряду), що відрізняються один від одного за складом на певну кількість структурних одиниць, що повторюються, - так звану «гомологічну різницю».

Ізомерія w - явище, що полягає в існуванні хімічних сполук (ізомерів), однакових за складом і молекулярною масою, але різняться за будовою або розташуванням атомів у просторі і, внаслідок цього, за властивостями.

Ізоміри w — сполуки, що мають однаковий елементарний склад, але різну хімічну будову.

Основні положення теорії хімічної будови органічних речовин w :

1. Атоми в молекулах з'єднані один з одним у певній послідовності. Зміна цієї послідовності призводить до утворення нової речовини з новими властивостями.



2. З'єднання атомів відбувається відповідно до їх валентності.



3. Властивості речовин залежать не тільки від їх складу, а й від «хімічної будови», тобто від порядку з'єднання атомів у молекулах та характеру їхнього взаємного впливу. Найбільше впливають один на одного атоми, безпосередньо пов'язані між собою.

Хімічна рівновага w - Це такий стан системи, коли швидкість прямої реакції дорівнює швидкості зворотної реакції. [1]

Тепловий ефект реакції w - Це теплота, яка виділяється або поглинається системою при перебігу в ній хімічної реакції. Залежно від того, відбувається реакція з виділенням теплоти або супроводжується поглинанням теплоти, розрізняють екзо- та ендотермічні реакції. До перших, як правило, відносяться всі реакції з'єднання, а до других - реакції розкладання. [1]

Каталізатор w - Це речовина, яка змінює швидкість хімічної реакції, але кількісно при цьому не витрачається і до складу продуктів не входить. [1]

Швидкість хімічної реакції w - Зміна кількості однієї з реагуючих речовин за одиницю часу в одиниці реакційного простору.

Термохімія w - Розділ хімічної термодинаміки, в завдання якої входить визначення та вивчення теплових ефектів реакцій, а також встановлення їх взаємозв'язків з різними фізико-хімічними параметрами. Ще одним із завдань термохімії є вимірювання теплоємностей речовин та встановлення їх теплот фазових переходів.

Теплота w - кількісний захід хаотичного руху частинок даної системи, при цьому не відбувається перенесення речовини від однієї системи до іншої. [ 2 ]

Тепловий ефект w - виділення або поглинання теплової енергії системою при протіканні в ній хімічної реакції, за умови, що система не здійснює жодної іншої роботи, крім роботи розширення. [ 2 ]

Внутрішня енергія системи w — сумарна енергія внутрішньої системи, що включає енергію взаємодії та руху молекул, атомів, ядер, електронів в атомах, внутрішньоядерну та інші види енергії, крім кінетичної та потенційної енергії системи як цілого. [ 2 ]

Ентальпія w - Це енергія розширеної системи (термодинамічна функція, що характеризує систему, що знаходиться при постійному тиску). [ 2 ]

Стандартна ентальпія (теплота) утворення складної речовини w — тепловий ефект реакції утворення 1 моля цієї речовини з простих речовин, що знаходяться у стійкому агрегатному стані за стандартних умов (= 298 К та тиску 101 кПа). [ 2 ]

Гомогенна система w — однорідна система, хімічний склад і фізичні властивості якої в усіх частинах однакові або змінюються безперервно, без стрибків (між частинами системи немає поверхонь розділу). іонів Складові частини гомогенної системи не можна відокремити одна від одної механічним шляхом.

Гетерогенна система w - Неоднорідна система, що складається з однорідних частин (фаз), розділених поверхнею розділу (фази) можуть відрізнятися один від одного за складом і властивостями

Швидкість гомогенної реакції w - Кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється при реакції за одиницю часу в одиниці об'єму системи.

Швидкість гетерогенної реакції w - Кількість речовини, що вступає в реакцію або утворюється при реакції за одиницю часу на одиниці площі поверхні фази.

Термодинаміка w - Розділ науки, що вивчає співвідношення і перетворення теплоти та інших форм енергії. Термодинаміка - це феноменологічна наука, що спирається на узагальнення досвідчених фактів.

Термодинамічна система w — така собі фізична система, що складається з великої кількості частинок, здатна обмінюватися з навколишнім середовищем енергією і речовиною.

Перший закон термодинаміки w - Для ізольованої системи (для якої виключено будь-який матеріальний або енергетичний обмін з навколишнім середовищем) внутрішня енергія постійна.

Примітки

Кількість речовини в хімії - формули та визначення з прикладами

Кілька століть тому алхіміки, готуючись до різних дослідів і після їх проведення, нерідко зважували речовини, визначали їх обсяги. Після відкриття М. Ст. Ломоносовим та А. Л. Лавуазьє закону збереження маси речовин при хімічних реакціях хімія почала швидко розвиватися, набуваючи статусу точної науки. Розрахунки стали невід'ємною частиною хімічних досліджень.

Ви вже знаєте, що речовини можуть мати молекулярну, атомну чи іонну будову. Перетворення одних речовин на інші відбувається в результаті з'єднання атомів на молекули, розпаду молекул на атоми, перегрупування атомів або іонів.

Коментуючи реакцію горіння вуглецю

ви скажете, що кожен атом Карбону взаємодіє з молекулою кисню з утворенням молекули вуглекислого газу, два атоми Карбону взаємодіють із двома молекулами кисню, утворюючи дві молекули вуглекислого газу, і т.д. буд.

Щоб підготувати якийсь хімічний досвід, немає сенсу перераховувати атоми, молекули. Та це неможливо зробити. Хіміки використовують фізичну величину, яка визначається кількістю частинок речовини у певній його порції. Назва цієї величини – кількість речовини. Її позначають латинською літерою

Одиницею виміру кількості речовини є моль*.

Вчені встановили, що 1 моль будь-якої речовини містить 602 ТОВ ТОВ ТОВ ТОВ ТОВ ТОВ ТОВ його формульних одиниць (атомів, молекул, сукупностей іонів). Це число можна записати як (21 - кількість нулів у першому записі), або

1 моль - це порція речовини, що містить його формульних одиниць.

Так, 1 моль вуглецю (речовина атомної будови) містить атомів Карбону, 1 моль кисню (речовина молекулярної будови) — 6 молекул, а 1 моль кухонної солі (речовина іонної будови) — пар іонів і т. е. іонів та іонів.

* Термін походить від латинського слова moles - нескінченне

Поняття «кількість речовини» використовують не лише стосовно речовин, а й стосовно частинок — атомів, молекул, іонів. Наприклад, вираз «1 моль іонів» означає іонів».

Число було обрано невипадково. Вчені визначили, що стільки атомів міститься в 12г вуглецю - масі цієї простої речовини в грамах, яка чисельно дорівнює відносній атомній масі відповідного елемента (Карбону). Звідси таке визначення одиниці вимірювання кількості речовини:

1 моль - це порція речовини, яка містить стільки формульних одиниць, скільки атомів Карбону міститься в 12 г вуглецю.

Уявлення про порції різних речовин 1 моль можна отримати з малюнка 1.

Число назвали числом Авогадро на честь італійського вченого А. Авогадро.

Число Авогадро в мільярди разів перевищує кількість волосся на головах, вусах, бородах всіх людей, що живуть на Землі. Якщо покрити земну поверхню такою кількістю ( ) тенісних м'ячів, то товщина покриття складатиме приблизно 100 км. Якщо ж розмістити атомів Гідрогену, найменших серед усіх атомів, впритул один до одного в лінію, то її довжина становитиме приблизно км. Ниткою такої довжини можна обмотати земну кулю за екватором більш ніж 1500 ТОВ разів (рис. 2).

Амедео Авогадро (1776-1856)

Видатний італійський фізик та хімік. Висунув гіпотезу про молекулярну будову речовин, зокрема газів. Відкрив один із законів для газів (1811 рік), пізніше названий його ім'ям.Уточнив атомні маси деяких елементів, визначив склад молекул води, аміаку, вуглекислого та чадного газів, метану, сірководню та ін. Розробив експериментальні методи визначення молекулярних мас газоподібних речовин.

Числу Авогадро відповідає постійна Авогадро.

Якщо порція речовини містить N частинок (формульних одиниць), то можна вивести формулу для обчислення відповідної кількості речовини n:

в 1 моль речовини міститься частинок,
в n моль речовини N частинок;

Слово «моль» не схиляється, якщо є число, але схиляється, якщо числа немає.

Приклади словосполучень: 5 моль заліза, визначення моля.

Розв'язання задач. Вирішимо кілька завдань, у яких використовується величина «кількість речовини».

ЗАВДАННЯ 1. В якій кількості речовини міститься атоми Алюмінію?

Рішення

Скористаємося формулою, яка відображає зв'язок між кількістю речовини та кількістю частинок (атомів):

У 1 моль якоїсь молекулярної речовини завжди міститься більше ніж 1 моль атомів (1 моль елемента) Наприклад, в 1 моль кисню — 2 моль атомів Оксигену (2 моль елемента Оксигену); моль атомів Гідрогену (1 моль Карбону та 4 моль Гідрогену).

Кількість речовини іонів в іонному з'єднанні обчислюють аналогічно.

ЗАВДАННЯ 2. Розрахувати кількості речовини іонів у ферум (Ш) оксиді взятому кількістю речовини 4 моль.

Рішення

Формульна одиниця оксиду містить 2 іони і 3 іони Тому 1 моль складається з 2 моль іонів і 3 моль іонів

У 4 моль цієї сполуки кількості речовини іонів у чотири рази більше:

За формулою сполуки можна визначити співвідношення в ній кількості речовини атомів (елементів), іонів.Наприклад, у метані

Повернемося до хімічної реакції, розглянутої на початку параграфа. Якщо говорити про велику кількість частинок, які взаємодіють і утворюються, то кожні атоми Карбону (1 моль) реагують з молекул (1 моль) з утворенням молекул (1 моль). Записавши хімічне рівняння

бачимо, що кількість речовини відповідають коефіцієнтам. Це справедливо для будь-якої реакції. Наведемо ще один приклад:

ВИСНОВКИ. Кількість речовини хімії визначають числом його частинок. Одиниця виміру кількості речовини - моль. 1 моль містить формульних одиниць речовини - атомів, молекул, сукупностей іонів. Число називають числом Авогадро.

Це цікаво. Кількість речовини використовують для характеристики складу розчинів наукових дослідженнях.

Молярна маса

Важливою величиною, що з кількістю речовини, є молярна маса. Її використовують у багатьох обчисленнях — для підготовки до хімічного експерименту, запровадження технологічних процесів на заводах, для обробки результатів дослідження хімічних реакцій.

Молярна маса - Це маса 1 моль речовини.

Молярну масу позначають латинською літерою М. Її розмірність – г/моль.

Молярна маса чисельно дорівнює відносної атомної, молекулярної чи формульної масі.

Щоб записати молярну масу будь-якої речовини, достатньо вказати значення відповідної відносної атомної, молекулярної чи формульної маси і додати розмірність — г/моль. Відносні атомні маси елементів представлені в періодичній системі Д. І. Менделєєва, а відносні молекулярні та формульні маси речовин ви навчилися обчислювати в 7 класі.

Приклади запису молярних мас простих та складних речовин:

(Розрахунок відносної молекулярної маси:

(Розрахунок відносної формульної маси:

Оскільки поняття «моль» використовують не лише по відношенню до речовин, але й по відношенню до частинок (атом, молекул, іонів), то і для них існують молярні маси. іонів - 96 г, запишемо молярні маси цих частинок:

Виведемо формулу, яка описує взаємозв'язок між масою, кількістю речовини та молярною масою. Якщо, наприклад, 1 моль атомів Гідрогену має масу 1 г, то n моль цих атомів - масу, яка в n разів більше, тобто. n м. Запишемо відповідний математичний вираз:

Загальна формула для обчислення маси атомів, іонів, речовин за кількістю речовини:

Отже, молярна маса - Це ставлення маси до кількості речовини.

Розв'язання задач. Розглянемо два способи розв'язання задач, які передбачають використання молярної маси. Один із них передбачає складання пропорції, а інший – обчислення за наведеними вище формулами.

ЗАВДАННЯ 1. Розрахувати кількість речовини метану, якщо маса сполуки становить 6,4 г.

Рішення

1-й спосіб

1. Обчислюємо молярну масу сполуки:

2. Знаходимо кількість речовини метану, склавши пропорцію:

1 моль має масу 16 г,

2-й спосіб

Скористаємося однією з формул, наведених у параграфі:

ЗАВДАННЯ 2. Яка маса заліза відповідає кількості речовини 1,5 моль?

Рішення

1-й спосіб

Залізо - проста речовина, що складається з атомів елемента Феррума.

Розраховуємо масу заліза за допомогою пропорції:

1 моль має масу 56 г,

2-й спосіб

Скористаємося формулою, наведеною у параграфі:

ЗАВДАННЯ 3. Обчислити масу атомів Натрію.

Рішення

1-й спосіб

Оскільки = 23 г/моль, то 1 моль атомів натрію має масу 23 г.Враховуючи, що 1 моль елемента – це атомів, складаємо пропорцію та вирішуємо її:

атомів Na мають масу 23 г,

2-й спосіб

1. Розраховуємо кількість речовини Натрію:

2. Обчислюємо масу атомів Натрію:

ВИСНОВКИ. Молярна маса - Це маса 1 моль речовини. Вона чисельно дорівнює відносної атомної, молекулярної чи формульної масі. Молярна маса є відношенням маси до кількості речовини.

Молярний об'єм

Порцію речовини можна охарактеризувати як її масою, а й обсягом. Тому невипадково, що, крім молярної маси, існує інша фізична величина — молярний, обсяг.

Молярним об'ємом називають об'єм 1 моль речовини.

Позначення молярного об'єму – а одиниці виміру –

З курсу фізики 7 класу вам відома формула, в яку входять маса речовини, його щільність і об'єм

Аналогічний зв'язок існує між молярною масою та молярним об'ємом:

З цієї формули отримуємо іншу:

По ній можна обчислювати молярний об'єм будь-якої речовини. Для цього потрібно розрахувати молярну масу речовини та знайти в довіднику її густину.

Для кожної твердої та рідкої речовини існує свій молярний об'єм (наприклад, для алюмінію, кухонної солі, води та спирту відповідно). Молярний об'єм, як і густина таких речовин, майже не залежить від температури та тиску.

Гази при нагріванні чи зниженні тиску помітно розширюються, а при охолодженні чи підвищенні тиску стискаються. Це тому, що відстані між молекулами в газах дуже великі (на відміну твердих і рідких речовин, де частинки стикаються друг з одним).

За зміни умов змінюються також щільність газу та його молярний об'єм.Тому, наводячи значення цих фізичних величин, обов'язково вказують відповідні температури і тиск.

Нормальні умови (н. у.) = Про ° С; 101,3 кПа

Для газів за н. у.

Вчені встановили, що молярний обсяг різних газів за однакових умов той самий. Зокрема, при температурі О °С та тиску 101,3 кПа (або 760 мм рт. ст.) він становить 22,4 л/моль. Наведені умови називають нормальними (скорочено – н. у.).

1 моль будь-якого газу за нормальних умов займає об'єм 22,4 л.

Описуючи фізичні властивості речовини, вказують його агрегатний стан за нормальних умов. У цьому випадку йдеться про умови, які найчастіше існують у приміщенні, де вивчають чи використовують речовину. Це температура приблизно +20 °С і тиск приблизно 760 мм рт. ст.

Зв'язок між об'ємом кількістю речовини та молярним об'ємом описує така формула (спробуйте вивести її самостійно):

З неї можна отримати дві інші:

Отже, молярний обсяг – це відношення обсягу до кількості речовини.

Закон Авогадро

Ви вже знаєте, що 1 моль водню, кисню або вуглекислого газу займає за нормальних умов об'єм 22,4 л і містить молекул. Гіпотезу про однакову кількість молекул у рівних обсягах різних газів, що базувалася на результатах досліджень реакцій між газами, висловив ще на початку

ХІХ ст. А. Авогадро. Отримавши згодом експериментальне підтвердження та теоретичне обґрунтування, ця гіпотеза стала законом.

Закон Авогадро формулюють так:
у рівних обсягах різних газів при однакових температурі та тиску міститься однакове число молекул*.

Наводимо важливий наслідок закону Авогадро:
у рівних обсягах різних газів при однакових температурі та тиску містяться однакові кількості речовини.

* - Для інертних газів - однакова кількість атомів.

Викладений матеріал узагальнює рисунок 3.

Розв'язання задач. Розглянемо кілька завдань, під час вирішення яких використовують молярний обсяг газу.

ЗАВДАННЯ 1. Обчислити об'єм 0,4 г водню за нормальних умов.

Рішення

1-й спосіб

1. Знаходимо кількість речовини водню:

2. Обчислюємо обсяг водню упорядкуванням пропорції:

1 моль займає за н. у. об'єм 22,4 л, 0,2 моль х л;

2-й спосіб

1. Знаходимо кількість речовини водню:

2. Обчислюємо обсяг водню за відповідною формулою:

ЗАВДАННЯ 2. Обчислити кількість молекул 1 л кисню за нормальних умов.

Рішення

1-й спосіб

Обчислюємо кількість молекул кисню в 1 л газу за нормальних умов:

в 22,4 л кисню міститься молекул,
в 1 л кисню - х молекул;

2-й спосіб

Обчислюємо кількість молекул кисню в 1 л газу за нормальних умов. Для цього із формули отримуємо:

Це завдання можна вирішити ще одним способом. За відповідними формулами спочатку обчислюють кількість речовини кисню, а потім кількість молекул.

ЗАВДАННЯ 3. Розрахувати щільність чадного газу СО за нормальних умов.

Рішення

1-й спосіб

1. Знаходимо молярну масу чадного газу:

2. Обчислюємо щільність газу за нормальних умов:

1 моль чадного газу, тобто.

28 г СО займає за н. у. об'єм 22,4 л,
х г СО - 1л;

2-й спосіб

1. Знаходимо молярну масу чадного газу:

2. Розраховуємо щільність чадного газу за нормальних умов, перетворивши формулу (с. 17) на іншу:

ВИСНОВКИ

Молярний об'єм - Об'єм 1 моль речовини.Ця фізична величина є відношенням обсягу кількості речовини.

Молярні обсяги твердих і рідких речовин різні, а газів (при тих самих температурі і тиску) — однакові. За нормальних умов (температурі О°С та тиску 101,3 кПа, або 760 мм рт. ст.) 1 моль будь-якого газу займає об'єм 22,4 л.

У рівних обсягах різних газів за однакових температур і тиску міститься однакове число молекул (закон Авогадро).

Співвідношення обсягів газів у хімічних реакціях

Відповідно до закону Авогадро, рівні обсяги газів містять однакову кількість молекул (за однакових умов). Якщо кожна молекула одного газу реагує з однією молекулою іншого, наприклад, під час реакції

то повинні взаємодіяти однакові обсяги речовин, скажімо, В реакції

на один обсяг кисню повинні припадати два обсяги водню, що реагує з ним. Тільки за такої умови кількість молекул водню вдвічі перевищуватиме кількість молекул кисню, як того «вимагає» хімічне рівняння.

Узагальненням цих висновків є закон об'ємних співвідношень газів, який відкрив французький вчений Же. Гей-Люссак 1808 р.: обсяги газів, які вступають у реакцію та утворюються в результаті реакції, співвідносяться як невеликі цілі числа.

Згодом вчені встановили, що ці числа є відповідними коефіцієнтами у хімічних рівняннях.

Отже, для газів у реакціях (1) та (2)

Використання закону Гей Люссака дає можливість хіміку чи інженеру-технологу визначити, які обсяги газів потрібно взяти для здійснення реакції. Відібрати певний обсяг газу значно легше, ніж зважити необхідну масу.

Відносна щільність газу

У рівних обсягах різних газів міститься те саме число молекул*.Оскільки молекули різних речовин зазвичай мають різну масу, маси однакових обсягів газів, як правило, різні. Наприклад, маса 1 кисню становить 0,00143 г, а маса такого ж обсягу водню — 0,0000893 г. Отже, кисень важчий за водень (рис. 4). А скільки разів? Розділимо масу 1 кисню на масу 1 водню:

* — За одних і тих самих умов.

Число 16 називають відносною щільністю кисню воднем. Її позначають буквою D і записують так:

Відносна щільність газу по іншому газу - це відношення маси певного обсягу газу до маси такого ж обсягу іншого газу (при однакових температурі та тиску).

Маса 1 речовини чисельно дорівнює його густині. Щільності кисню та водню (за нормальних умов) такі:

Дізнатися, у скільки разів кисень важчий за водень, можна, розділивши щільність кисню на щільність водню:

Ця формула пояснює, чому фізичну величину, про яку йдеться у параграфі, називають відносною щільністю.

Відносна густина, як і відносна атомна (молекулярна, формульна) маса, не має розмірності.

Якщо взяти по 22,4 л кисню та водню за нормальних умов, то маси речовин (у грамах) будуть чисельно рівні їх молярним масам чи відносним молекулярним масам. Звідси такі варіанти обчислення відносної щільності кисню по водню:

Перетворимо всі наведені вище формули на загальні. Більш важкий газ позначимо буквою У, легший - буквою А, а відносну щільність першого газу по другому -

Запам'ятайте: співвідношення мас газів можна використовувати для обчислення відносної щільності лише за умови, що

Гази часто порівнюють із повітрям.Хоча повітря є сумішшю газів, його можна умовно вважати газом із відносною молекулярною масою 29. Це число називають середньою відносною молекулярною масою повітря. Воно знаходиться в проміжку між числами 32 і 28 відносними молекулярними масами кисню і азоту головних компонентів повітря. (Ці два гази займають майже 99% його обсягу.)

Встановити, легше чи важче за повітря певний газ, дуже просто. Достатньо заповнити ним гумову кульку і відпустити її (рис. 5, 6).

Формули для розрахунку відносної густини газу У по повітрю мають такий вигляд:

Це цікаво. Найлегший серед газів — водень, а найважчий — радон.

Розв'язання задач. Покажемо, як вирішують завдання з використанням викладеного у параграфі матеріалу.

ЗАВДАННЯ 1. Розрахувати відносну щільність вуглекислого газу воднем і повітрям.

Рішення

Знаходимо відносну щільність вуглекислого газу воднем і повітрям.

Відповідно до отриманого результату вуглекислий газ в 1,52 рази важчий за повітря. Очевидно, що повітря в стільки ж разів легше за вуглекислий газ.

Якщо для невідомого газу У визначено його відносну щільність по газу А, то можна обчислити молярну або відносну молекулярну масу газу У за формулами, які є похідними від наведених вище:

ЗАВДАННЯ 2. Відносна щільність газу X (Сполука Сульфура) по водню дорівнює 17. Обчислити молярну масу газу Х та знайти формулу з'єднання.

Рішення

1. Обчислюємо молярну масу газу X по одній із формул, наведених у параграфі:

2. Знаходимо формулу сполуки. Бо в молекулі сполуки X міститься один атом Сульфур.(Якби атомів цього елемента було два або більше, то молярна маса сполуки перевищувала б ) На другий елемент у молярній масі сполуки доводиться

Очевидно, що цим елементом є гідроген; його атомів у молекулі сполуки – два. Формула з'єднання

Відповідь: формула сполуки

ВИСНОВКИ

Відносна щільність газу по іншому газу - це відношення маси певного обсягу газу до маси такого ж обсягу іншого газу (при однакових температурі та тиску). Значення відносної щільності газу показує, у скільки разів він важчий за інший газ.

Як газ порівняння часто служить повітря. Він поводиться як газ із відносною молекулярною масою 29.

За відносною густиною газу можна обчислити його молярну масу.

Про середню відносну молекулярну масу повітря.

Чому середня відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, а не 30 — середньому арифметичному відносних молекулярних мас кисню (32) та азоту (28)? Тому що в повітрі міститься неоднакова кількість цих газів: кисню — 21% за обсягом, азоту — 78%.

Обчислимо середню молярну масу повітря (вона чисельно дорівнює середньої відносної молекулярної маси).

Припустимо, що повітря складається лише з кисню та азоту. Тоді середня молярна маса повітря дорівнюватиме масі 1 моль суміші газів

Кількості речовини газів пропорційні їх обсягам або об'ємним часткам

Взявши наближені значення об'ємних часток газів у повітрі (0,2 і 0,8 відповідно), обчислимо кількість речовини кожного газу в 1 моль суміші:

Знайдемо масу 1 моль повітря, тобто 1 моль суміші газів

Кількість речовини

Після повторення вивчених початкових хімічних понять вам починається новий етап пізнання хімії.Це кількісні відносини речовин у хімічних реакціях, зв'язок хімічних знань з математичними.

Ви вже знаєте, що існують речовини молекулярної та немолекулярної будови, а їх складовими частинками можуть бути атоми, молекули, іони. Абсолютні розміри цих структурних частинок дуже малі, тоді як їх кількісні співвідношення в хімічних рівняннях виражаються невеликими цілими числами, що дорівнюють коефіцієнтам.

Розглянемо взаємодію речовини немолекулярної будови - вуглецю з речовиною молекулярної будови - киснем:

Як видно з рівняння реакції, 1 атом простої речовини вуглецю взаємодіє з 1 молекулою простої речовини кисню і утворюється 1 молекула складної речовини оксиду вуглецю(1У) або вуглекислого газу. Але для цієї реакції ніколи не вважають атоми вуглецю і молекули кисню, а оперують такими величинами, як маса вуглецю і маса або обт/єм кисню. Як у таких випадках не помилитися і взяти стільки кожної речовини, щоб їх було достатньо для проведення реакції та отримання продукту реакції необхідної маси або обсягу?

Вам відомі такі фізичні величини - Час, маса, довжина, об'єм, щільність, температура. З ними у повсякденному житті доводиться досить часто стикатися. Проте це весь перелік характеристик, якими порівнюють і відрізняють тіла, речовини, явища.

Порція води об'ємом 18 мл (приблизно одна столова ложка) за кімнатної температури має масу 18 г, оскільки щільність води становить 1 г/мл. Це звичні вам числа.А ось чи доводилося вам мати справу з таким напрочуд величезним числом, як 602 000 000 000 000 000 000 000? Саме стільки молекул міститься у порції води об'ємом 18 мл! Погодьтеся, не так вже й зручно відраховувати кількість молекул води (або кількість будь-яких структурних частинок інших речовин) у певній її порції, адже лічильники атомів чи молекул ще не сконструйовані. Щоб уникнути цих незручностей, і була введена фізична величина кількість речовини.

Кількість речовини - це фізична величина, яка характеризується числом структурних частинок речовини у певній її порції.

Кількість речовини позначають буквою грецького алфавіту (читається *ню»).

У яких випадках використовують цю фізичну величину? Насамперед, коли потрібно кількісно охарактеризувати реагенти чи продукти реакції.

Для кожної фізичної одиниці існує еталон, порівнюючи з яким проводять вимірювання, та способи чи прилади для вимірювань. Вводячи ту чи іншу фізичну величину, одразу пропонують і одиниці її виміру. Наприклад, для вимірювання маси введено кг та похідні від нього - мг, г, т; для виміру довжини - м (мм, см, км). Так, ви можете легко виміряти довжину мідного дроту або визначити масу пакета кухонної солі і не допустити помилки.

А з чим порівнювати порцію речовини, визначаючи кількість речовини у ній? У яких одиницях вимірюють цю фізичну величину? Чи існує її стандарт?

За одиницю вимірювання кількості речовини прийнято міль. Якщо одиниці більшості фізичних величин введено в обіг давно, то одиницю кількості речовини моль запровадили лише 1971 року. У перекладі «моль» означає множину.

Міль - це кількість речовини, яка містить стільки структурних частинок (атомів, молекул тощо).п.) цієї речовини, скільки атомів міститься в 12 г легшого різновиду атома вуглецю.

Згадайте: вивчаючи в 7 класі атомну одиницю маси, ви дізналися, що в природі переважає легший різновид атомів вуглецю, в ядрах якого є по 6 протонів і нейтронів. У той же час більш важкий різновид вуглецю представлений атомами, ядра яких складаються з 6 протонів та 7 нейтронів, і в природі їх мало.

З чого складається 1 моль речовини. Як показали розрахунки, 12 г легшого різновиду атомів вуглецю містять 602 204 500 000 000 000 000 000 атомів. Із запровадженням фізичної величини кількість речовини було прийнято, що це число показує, скільки структурних частинок речовини міститься в одному молі будь-якої речовини. На честь італійського вченого Амедео Авогадро його назвали числом Авогадро (позначається Для практичних розрахунків достатньо брати наближене значення 602 000 000 000 000 000 000 000. Це число важко прочитати, а ще важче уявити, як воно велике. Так, якщо всю воду гідросфери нашої планети вимірювати склянками місткістю 200 мл, яке буде лише мільярдною часткою числа Авогадро Це порівняння ілюструє, наскільки велике число Авогадро і наскільки малі розміри структурних частинок речовин.

Це універсальне число, яке вказує на кількість структурних частинок в одному молі речовини, незалежно від його агрегатного стану. Число Авогадро - одна з найважливіших постійних величин у природничих науках.

Одиниця виміру кількості речовини моль позначається так: 1 моль води, 2 моль цукру, 5 моль вуглекислого газу тощо. Зверніть увагу, що закінчення не змінюється, якщо слово «моль» пишеться після цифри.Якщо ж запис зроблено без цифри, то закінчення змінюється згідно з відмінком. Наприклад: «Скільки молей кисню виділиться, якщо розкласти 4 моль перманганату калію?»; "В одному молі води міститься число Авогадро молекул".

Поправляємось у застосуванні числа Авогадро щодо конкретних структурних частинок різних речовин - атомів, молекул та ін.

приклад 1. Графіт - речовина атомного будови. Отже одна моль цієї речовини складається з 602 000 000 000 000 000 000 000 атомів вуглецю.

Приклад 2. Вода - речовина молекулярного будови. Отже одна моль цієї речовини складається з 602 000 000 000 000 000 000 000 молекул

приклад 3. Хлорид натрію - речовина іонного будови. Які його структурні частки? Скільки таких частинок на 1 моль цієї речовини?

У 7 класі ви записували хімічну формулу кухонної солі, або хлориду натрію і пояснювали, що атоми натрію та атоми хлору, перетворюючись на катіони та аніони з'єднуються у співвідношенні

Щодо хлориду натрію число Авогадро означає число формульних одиниць речовини в 1 моль цієї речовини.

Формульна одиниця речовини - це сукупність його частинок, яка відображена хімічною формулою.

Для речовин, структурними частинками яких є атоми, формульна одиниця речовини – атом. Для речовин, структурними частинками яких є молекули, формульна одиниця молекула. А для речовин, структурними частинками яких є іони, формульна одиниця. сукупність іонів, яка відображена у хімічній формулі речовини. Наприклад, у кухонній солі така сукупність представлена ​​одним катіоном натрію та одним аніоном хлору, у хлориді кальцію - одним катіоном кальцію та двома аніонами хлору.

Тому правильно говорити, що в 1 моль хлориду натрію налічується 1 моль катіонів і 1 моль аніонів.

Ви вже вмієте оперувати такими фізичними величинами, як маса та обсяг речовин та тіл. Вмієте користуватись і приладами для їх виміру. Для вимірювання кількості речовини приладів немає (рис. 1).

Як тоді відміряти, наприклад, порцію води кількістю речовини 2 моль? Щоб отримати відповідь це питання, необхідно з'ясувати сутність поняття «молярна маса».

• Для характеристики речовин використовують різноманітні фізичні величини. Одна з них – кількість речовини



• Фізична величина кількість речовини введена для позначення числа структурних частинок речовини у певній порції.



• Кількість речовини вимірюється у молях. Моль - це кількість речовини, яка містить число Авогадро структурних частинок (атомів, молекул або інших формульних одиниць) цієї речовини.



• 1 моль будь-якої речовини містить число Авогадро структурних частинок речовини.



• Число Авогадро позначається і дорівнює 602 000 000 000 000 000 000 000.

Амедео Авогадро (1776-1856 рр.) - Італійський хімік і фізик, першим став систематично досліджувати кількісний і якісний склад речовин на основі співвідношення обсягів газоподібних речовин, з яких вони утворені. Йому належать правильні записи формул: води замість вуглекислого газу замість чадного газу замість та ін.

У 1811 р. Авогадро відкрив закон, який досі є загальновизнаним: в однакових обсягах різних газів при однакових умовах (температурі та тиску) міститься однакове число молекул. Закон має ім'я свого першовідкривача.

Вчений першим передбачив, що молекули водню, кисню, азоту двоатомні.

Один із мінералів металевого елемента цезію (у періодичній системі знаходиться в комірці під номером 55). огодрить також названо на честь вченого.

Молярна маса

Концепція молярна маса введено для визначення співвідношення кількості речовини та маси, які характеризують порцію речовини.

Молярна маса - Це відношення маси деякої порції речовини до кількості речовини в цій порції.

Молярну масу обчислюють за такою формулою:

Тобто молярна маса — це величина, яка характеризує конкретну речовину і вимірюється в кілограмах на моль (кг/моль) або в грамах на моль (г/моль). Слід зазначити, що у хімії переважно використовують одиницю г/моль.

Якщо взяти порції різних речовин, маси яких чисельно дорівнюють їх відносним молекулярним масам, наприклад 12 г вуглецю (С), 18 г води 58,5 г хлориду натрію та масу кожної порції розділити на абсолютну масу в грамах структурної частки речовини, то приватна від поділу складе 602 000 000 000 000 000 000 000 тобто дорівнюватиме Авогадро.

Таким чином, незважаючи на різну відносну молекулярну масу речовин у їх порціях, маси яких чисельно рівні відносним молекулярним мас цих речовин, міститься число Авогадро структурних частинок.

Маса одного моля будь-якої речовини чисельно дорівнює його відносної молекулярної маси і містить число Авогадро структурних частинок (формульних одиниць) речовини.

Для визначення молярної маси речовини немає необхідності щоразу ділити масу порції речовини кількість речовини у ній.Достатньо обчислити її відносну молекулярну масу і знайдене число виразити в одиницях молярної маси, тобто г/моль.

приклад 1.

Таким чином, одна моль вуглекислого газу - речовини молекулярної будови - має масу 44 г і містить число авогадро молекул.

приклад 2.

Таким чином, один моль оксиду міді – речовини немолекулярної будови – має масу 80 г і також містить число Авогадро формульних одиниць речовини

Знаючи масу порції будь-якої речовини та кількість речовини в ній, за формулою обчислюють молярну масу речовини.

приклад 3. Обчислити молярну масу бінарної сполуки сірки з киснем, якщо порції масою 32 р кількість речовини дорівнює 0,5 моль.

Відповідь: молярна маса сполуки дорівнює

Похідні формули Формула дає можливість визначати кількість речовини, якщо відомі маса порції речовини та молярна маса цієї речовини.

приклад 4. Визначити кількість речовини у порції оксиду алюмінію масою 20,4 г.
Дано:

Відповідь: кількість речовини в порції оксиду алюмінію масою 204 г становить 02 моль.

Формула дає можливість обчислювати масу порції речовини, якщо відомі молярна маса речовини та кількість речовини порції.

Приклад 5. Визначити масу порції оксиду сірки кількістю речовини 4 моль.

Відповідь: маса порції оксиду сірки кількістю речовини 4 моль дорівнює 320 г.

Як обчислити кількість структурних частинок речовини. Ви знаєте, що формули багатьох речовин містять індекси. Це дає можливість, характеризуючи кількісний склад речовини, відзначати кількість структурних частинок у одиниці формули речовини. Число структурних частинок речовини в одному молі речовини прийнято помічати (читається «ен»).

Приклад 6. Обчислити, скільки атомів фосфору і скільки атомів кисню міститься в одному молі оксиду фосфору

Аналізуючи хімічну формулу бачимо, що одна формульна одиниця речовини складається з 2 атомів фосфору та 5 атомів кисню. Тому в 1 моль цієї речовини міститься 2 моль атомів фосфору та 5 моль атомів кисню. А оскільки 1 моль речовини містить число Авогадро структурних частинок, можна записати:

І знову маємо справу з великими числами. На уроках математики ви також виконуватимете дії з дуже великими чи дуже малими числами. Для зручності їх записують у стандартному вигляді, тобто у вигляді і ціле число.

Такими числами зручно користуватися для позначення числа Авогадро. Ви легко переконаєтеся в тому, що, помноживши у творі, будемо мати число Авогадро. Це ж число можна висловити по-іншому: Як бачимо, запис замість множника з 23-ма нулями значиться множник Надалі для зручності ми будемо користуватися записом числа Авогадро у вигляді

• Молярна маса - це маса одного молячи речовини. Чисельно вона дорівнює його відносної молекулярної маси.



• Молярну масу речовини можна визначити, розділивши масу порції на кількість речовини в ній:



• 1 моль будь-якої речовини містить однакове число — формульних одиниць речовини (атомів, молекул та ін.). Це число Авогадро.



• Похідними формулами від формули для обчислення молярної маси речовини є:

У прикладі ми обмежилися знайденою відповіддю 64 г/моль щодо молярної маси невідомої речовини. Але вам, мабуть, цікаво знати, що це за бінарна сполука сірки з киснем? Для цього необхідно встановити невідомі індекси у формулі

Розмірковуємо так: якби відносна маса двох атомів сірки у формульній одиниці речовини дорівнювала б Але таку ж масу має вся формульна одиниця речовини, в яку також входить кисень. Тому робимо висновок про наявність у складі хімічної формули одного

Відповідь: формула бінарної сполуки

Молярний об'єм газів

Як відомо, речовини можуть перебувати у твердому, рідкому та газоподібному агрегатних станах. Особливість газоподібного стану полягає в тому, що між структурними частинками (молекулами) газів відстані в тисячі разів більші, ніж відстані між структурними частинками рідкої, а тим більше твердої речовини. Так, один моль води при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску займає об'єм 18 мл (приблизно 1 столова ложка). Об'єм 1 моль дрібнокристалічного хлориду натрію втричі більший за об'єм 1 моль води, а об'єм 1 моль цукру — більше майже в 20 разів (рис. 2). А для одного моля азоту за тих же умов необхідна посудина приблизно в 1240 разів місткіша, ніж столова ложка.

Отже, обсяг одного моля газоподібної речовини азоту істотно відрізняється від обсягу одного молю рідкої або твердої речовини, у той час як різниця обсягів одного моля рідини води та твердої речовини натрію хлориду або цукру незначна.

Обчислимо об'єм 1 моль азоту та деяких інших газоподібних речовин у літрах. Для цього скористаємося такою фізичною характеристикою речовини, як щільність та формулою для її визначення:

Оскільки тиск і температура суттєво впливають на обсяг газоподібних речовин, прийнято проводити визначення при температурі та тиску 1 атм (101,3 кПа).

Температура та тиск 101,3 кПа отримали назву нормальні умови.

Нормальні умови скорочено позначаються їх першими літерами з крапкою після кожної у круглих дужках. (Н.у.).

Обчислення об'єму 1 моль азоту почнемо із знаходження його відносної молекулярної маси

Оскільки молярна маса чисельно дорівнює відносної молекулярної, то

За нормальних умов щільність азоту 1,25 г/л.

Підставляємо значення молярної маси 28 г/моль та щільності азоту 1,25 г/л у формулу та знаходимо молярний об'єм азоту за нормальних умов:

Отже, 1 моль азоту за нормальних умов займає об'єм 22,4 л. Зауважимо, що за інших умов він матиме й інші значення. Так, при (кімнатній температурі) і тиску 101,3 кПа 1 моль азоту займає об'єм 24 л, а при температурі і при такому тиску - 30,6 л.

Обчислимо молярний обсяг кисню за нормальних умов, якщо його щільність дорівнює або заокруглено 22,4 л.

Якби ми обчислювали молярний об'єм інших газоподібних речовин за нормальних умов, то отримали б значення близькі до 22,4 л.

Однією з величин, що характеризує 1 моль будь-якої газоподібної речовини за нормальних умов, є молярний об'єм газів

Отже, З малюнка 3 видно, що 1 моль кисню (а), 1 моль вуглекислого газу (б), 1 моль метану (в), 1 моль гелію (г), за нормальних умов займають однаковий об'єм і містять однакове число молекул.

Подумайте і зробіть висновок — чи однакову масу вони мають.

Ви, очевидно, звертали увагу на те, що визначальною фізичною величиною для рідин є об'єм, тоді як для твердих речовин маса. Це тому, що тверді речовини зберігають свою форму, а рідкі — ні, вони набувають форми судини, в якій містяться.Щодо цього гази схожі на рідини, оскільки власної форми у них також немає.

Розглянемо приклади обчислень із використанням молярного обсягу газів.

приклад 1. Обчислити об'єм азоту кількістю речовини 0,5 моль за нормальних умов.

Відповідь: об'єм азоту кількістю речовини 0,5 моль становить 11,2 л.

приклад 2. Якій кількості речовини оксиду вуглецю відповідає 112 л цієї речовини (н.у.)?

Відповідь: кількість речовини оксиду вуглецю у порції об'ємом 112 л становить 5 моль.

• Газоподібні речовини, як і рідини, не мають власної форми, а набувають форми судини, в яку їх помістили.



• При різних температурах і тиску 1 моль однієї й тієї ж газоподібної речовини займає різний об'єм.



• При температурі та тиску 101,3 кПа порція будь-якої газоподібної речовини кількістю речовини 1 моль займає об'єм 22,4 л (округлено). Ці умови отримали назву нормальні умови (н.у.), а обсяг - молярний об'єм



• Для обчислення об'єму порції газоподібної речовини потрібно кількість речовини у цій порції помножити на молярний об'єм:

Тепер ви знаєте, кількість речовини для газу можна обчислити, якщо відома маса або обсяг його порції. Тобто для однієї і тієї ж порції газоподібної речовини існують 2 формули:

Прирівняємо їх праві частини:

Звідси можна визначити масу порції речовини та її об'єм, а також молярну масу речовини:

Усі три формули широко застосовуються у хімічній практиці. Наприклад, якщо формулу 1 підставити значення обсягу відомої речовини, то відразу обчислимо масу порції цієї речовини. Якщо ж формулу 2 підставити значення маси порції відомої речовини, то обчислимо обсяг її порції.Молярну масу невідомої речовини можна обчислити за допомогою однієї дії за формулою 3. Для цього потрібно знати масу та обсяг порції речовини.

Відносна щільність газів

При вивченні речовин та явищ не обійтися без порівнянь. Їх проводять за різними характеристиками - масою, щільністю, розмірами, зарядами структурних частинок, фізичними або хімічними властивостями речовин і т.д. п.

Для газоподібних речовин порівняння часто проводять по відносної щільності газів (позначається буквою латинського алфавіту, вимовляється "де").

Відносна густина одного газу по іншому газу — це відношення густини одного газу до густини іншого газу.

Оскільки густина — це маса одного об'єму речовини, а молярний об'єм усіх газів за нормальних умов однаковий і становить 22,4 л, робимо висновок, що густини газів відносяться між собою, як і їх молярні маси. Вам відомо, що молярні маси чисельно дорівнюють відносним молекулярним масам речовин. Звідси відносна щільність газів може бути обчислена за такою формулою:

де - Відносна молекулярна маса одного газу; - Відносна молекулярна маса другого газу, щільність по якому визначають.

Внизу праворуч після літери пишуть формулу газу, щодо якого обчислюють густину іншого газу. Наприклад, щільність водню позначається по кисню-

З формули для обчислення відносної густини одного газу по іншому випливає, що необхідно знати відносні молекулярні маси обох газоподібних речовин. Як і відносна молекулярна маса, відносна щільність газу — величина безрозмірна, тому що показує, скільки разів один газ легший або важчий за інший.

Відносну щільність газів можна обчислити за будь-яким газом — воднем, киснем, вуглекислим газом та ін., а також за газоподібними сумішами (рис. 4). Найчастіше її обчислюють воднем і повітрям. Якщо говорять про газоподібні суміші речовин, то йдеться про середню відносну молекулярну масу суміші, визначеної за нормальних умов обсягом 22,4 л. Так, середня відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29.

Розглянемо на прикладах, як обчислюється відносна щільність газів і як, скориставшись формулою для її обчислення, знаходять відносну молекулярну та молярну маси газоподібної речовини.

приклад 1. Обчислити відносну щільність кисню воднем.

Відповідь: кисню воднем дорівнює 16.

Обчислюючи відносну щільність газу водню, в знаменнику завжди записують число 2 (відносна молекулярна маса водню). Звідси формулу для обчислення відносної щільності газів воднем можемо подати в такому вигляді:

Насправді часто необхідно визначити відносну щільність газу повітрям. Згадайте: у 7 класі ви з'ясовували, як необхідно мати посудину для збирання газоподібної речовини, щоб наповнити її газом способом витіснення повітря.

Оскільки відносна молекулярна маса повітря становить 29, то відносну щільність повітрям обчислюють за формулою:

приклад 2. Обчислити відносну щільність кисню повітрям.

Відповідь: відносна щільність кисню повітрям дорівнює 1,1.

Таким чином, кисень дещо важчий за повітря і тому, щоб зібрати його способом витіснення повітря, посудину розташовують донизу дном.

Приклад 3. Обчислити відносну щільність водню повітрям.

Відповідь: відносна щільність водню повітрям дорівнює 0,07.

У розглянутих прикладах кисень важчий за водень і повітря, а водень легший за повітря. Ці та інші приклади доводять, що якщо відносна щільність газу більше одиниці, то газ важчий за той газ, з яким його порівнюють. І навпаки, якщо отримана величина менше одиниці, то газ легший за той газ, з яким його порівнюють.

Похідними відносної густини газів є такі формули:

приклад 4. Бінарна сполука азоту з воднем має відносну щільність водню 8,5. Встановити хімічну формулу речовини, якщо масова частка азоту у ній дорівнює 82%.

Оскільки відносна атомна маса азоту 14 то

Відповідь: формула сполуки

• Відносна щільність газів - це безрозмірна величина, яка показує, у скільки разів один газ важчий або легший за інший.



• Для обчислення відносної густини газу відносну молекулярну або молярну масу одного газу ділять на відносну молекулярну або молярну масу іншого газу.



• Вибирають спосіб збирання газів витісненням повітря за результатами обчислення відносної щільності газів по повітрю: якщо вона більше одиниці, то посудину для наповнення газом тримають донизу дном, а якщо менше — догори дном.

Перенасичення вуглекислим газом небезпечне для організму людини та тварини. Встановлено, що коли вміст вуглекислого газу в повітрі перевищує 10%, настає непритомність і навіть смерть.

В Італії є печера, названа "Собачою". У неї не рекомендують заходити із собаками, бо вона майже наполовину людського зросту заповнена вуглекислим газом.Якщо ви визначите відносну щільність вуглекислого газу повітрям, то зрозумієте, чому людина може перебувати в цій печері певний час, тоді як собака незабаром починає задихатися і може навіть загинути.

Розрахунки за хімічними формулами

Вивчаючи хімію, ви напевно звернули увагу, наскільки важлива для характеристики речовини інформація міститься в її хімічній формулі. Узагальнюючи ці знання, можна дійти невтішного висновку, що хімічна формула містить інформацію про молекулі чи іншій формульної одиниці речовини, і навіть про кількість речовини.

Хімічна формула інформує про:

• якісному складі речовини (які елементи її утворюють);



• кількісному складі речовини (кілька атомів кожного елемента входить до його формульної одиниці маси);



• приналежності речовини до простих чи складних.



• Користуючись хімічною формулою, можна здійснювати розрахунки:



• відносної молекулярної маси речовини;



• молярної маси речовини;



• відношення мас елементів у речовині;



• масової частини елемента у речовині;



• числа структурних частинок речовини у певній його порції;



• молярної маси, кількості та обсягу речовини;



• відносної густини газів.

Частиною цих розрахунків ви вже опанували, ознайомимося з іншими розрахунками.

Розрахунки відношення мас елементів у речовині. Хімічна формула, як вам відомо, складається із символів хімічних елементів та індексів. Індекси є тими числами, що передають кількісний склад речовини. Це дає можливість за хімічною формулою обчислювати співвідношення мас елементів. Розглянемо такі розрахунки з прикладу.

приклад 1. Обчислити співвідношення мас елементів у оксиді фосфору

Складаємо формулу сполуки за валентністю фосфору: З формули видно, що в речовині на кожних 2 атоми фосфору припадає 5 атомів кисню. Отже, співвідношення мас елементів дорівнює відношенню відносних атомних мас двох атомів фосфору та п'яти атомів кисню:

Відповідь: відношення мас елементів фосфору та кисню в оксиді фосфору складає

У 7 класі ви демонстрували горіння фосфору в кисні. Тепер ви знаєте, що ці дві речовини реагують повністю, без залишку, якщо їх взяти щодо мас Це може бути, наприклад, 3,1 г фосфору та 4 г кисню, або 155 г фосфору та 200 г кисню. В обох випадках речовини прореагують повністю і жодна не буде в залишку, тобто. до. витримано співвідношення У першому випадку утворюється 7,1 г у другому - 355,5 г.

приклад 2. Які речовини утворюються в закритій посудині після спалювання в ньому фосфору масою 93 г у кисні масою 160 г?

Не будуватимемо прогнози, а проведемо чіткі математичні розрахунки. Спочатку обчислимо, скільки кисню необхідно, щоб прореагував весь фосфор. Для цього складемо рівняння, в лівій частині якого запишемо відношення мас елементів фосфору та кисню за формулою, а у правій - за умовою завдання, позначивши масу кисню

Розрахунки показали, що з повної взаємодії порції фосфору масою 93 р досить 120 р кисню. Його ж було 160 років. Отже, після припинення реакції в посудині залишається: кисню, а також утворюється: оксиду фосфору

Відповідь: після спалювання в посудині буде 213 г оксиду фосфору та 40 г кисню.

• Хімічна формула речовини відображає її якісний та кількісний склад і дає можливість обчислювати кількість речовини, відносну молекулярну масу, молярну масу, об'єм та масу порції речовини, кількість структурних частинок речовини у визначеній її порції.



• За хімічною формулою обчислюють також масові частки елементів та відношення мас елементів у речовині.

Хіміки часто встановлюють не тільки відношення мас елементів за хімічною формулою речовини, а й відношення кількості речовини реагентів та продуктів реакції. Так, якщо потрібно встановити масу чи обсяг продуктів реакції, краще скористатися фізичною величиною кількість речовини. Це тому, що коефіцієнти (якщо їх правильно розставити) показують, скільки молей однієї речовини реагує, а іншої утворюється. З рівняння реакції окислення магнію

слід, що 2 моль магнію вступають у реакцію сполуки з 1 моль кисню і утворюють 2 моль оксиду магнію.

Для цієї реакції відношення кількості речовини реагентів та продуктів реакції є таким:

Це означає, що, взявши певну кількість речовини магнію, ми отримаємо стільки ж молей оксиду магнію, тоді як витрачена кількість речовини кисню буде вдвічі меншою.

Це враховують на хімічних заводах з виробництва різних речовин і проводять необхідні обчислення.

Обчислення з використанням числа Авогадро

До обчислень за хімічними формулами відносяться також визначення кількості структурних частинок у даній кількості речовини, встановлення молярної маси речовини, маси або обсягу певної порції речовини, за відомою кількістю структурних частинок, з яких вона утворена. Розглянемо конкретні приклади таких обчислень.

Визначення числа атомів (молекул) у кількості речовини.

приклад 1. Визначити число молекул у порції сульфіду водню кількістю речовини 2 моль.

Відповідь: у порції сульфіду водню кількістю речовини 2 моль містить молекул.

Ускладнимо умову попередньої задачі.

приклад 2. Визначити кількість молекул у порції сульфіду водню об'ємом 11,2 л (н.у.).

1. Для визначення числа молекул необхідно знати кількість речовини.

та визначаємо кількість речовини в порції сульфіду водню об'ємом 11,2 л:

2. Визначаємо число молекул у порції сульфіду водню кількістю речовини 0,5 моль:

Відповідь: у порції сульфіду водню об'ємом 11,2 л (н.у.) міститься молекул.

приклад 3. Визначити де більше молекул — у порції вуглекислого газу масою 88 г чи в порції газу пропана такої ж маси?
Дано:

1. Обчислимо відносні молекулярні та молярні маси вуглекислого газу та пропану:

2. Обчислимо кількість речовини в порції вуглекислого газу масою 88 г:

3. Обчислимо кількість речовини в порції пропану масою 88 г:

Кількість речовини обох порціях однаково, отже, число молекул також однаково.

Відповідь: число молекул у порціях вуглекислого газу та пропану масою 88 г кожна однакова.

Приклад 4 Обчислити молярну масу сполуки сірки з киснем та знайти її формулу, якщо маса молекул цієї речовини становить 16 г, а масова частка сірки в ній дорівнює 50 %.
Дано:

Для обчислення молярної маси сполуки потрібно знати її хімічну формулу.

1. За формулою обчислимо молярну масу речовини:

2.За масовою часткою сірки знаходимо, скільки атомів цього елемента позначено у формулі буквою

3. Знаходимо, скільки атомів кисню позначено у формулі буквою

Відповідь: молярна маса сполуки сірки з киснем дорівнює 64 г/моль, а її формула

Використовуючи число Авогадро, визначають числа структурних частинок речовини в даній порції, встановлюють молекулярну формулу речовини.

Обчислення із застосуванням числа Авогадро проводять за формулами:

Фізичну величину кількість речовини можна застосувати не тільки до індивідуальних речовин, але і до їх сумішей. Це дає можливість проводити розрахунки за складнішими хімічними формулами, ніж ті, що були наведені у параграфі. Зокрема, можна обчислювати вміст компонентів у складі газоподібної суміші, а також масові та об'ємні частини газів у суміші.

приклад. Обчислити масові та об'ємні частки газів у суміші оксиду вуглецю та оксиду вуглецю відносна щільність водню якої дорівнює 18,8.

Об'ємна частка компонента (читається «фі») у суміші показує, яку частку від загального обсягу суміші становить обсяг даного її газоподібного компонента:

Об'ємну частку обчислюють у відсотках чи частках від одиниці.

Вирішуючи це завдання, важливо пам'ятати, що фізичну величину кількість речовини можна застосовувати для позначення порції атомів, молекул, іонів, суміші речовин тощо.

Обчислимо молярну масу суміші за формулою:

Позначимо вміст оксиду вуглецю в 1 моль суміші буквою, тоді кількість речовини оксиду вуглецю дорівнюватиме моль.

Даними відомостями заповнимо таблицю:

Складемо рівняння алгебри і вирішимо його:

Обчислимо масу кожного компонента суміші:

Обчислимо масові частки компонентів суміші:

Знаходимо об'ємні частини компонентів суміші.Оскільки в молярному обсязі суміші об'ємні частки кожного компонента дорівнюють його кількості речовини, то:

Відповідь: масові та об'ємні частки газів у суміші становлять:

При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org

Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді

Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів

Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC.

Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ. Ганна Євкова не надає жодних послуг.