Чему равно общее число

Количество вещества
n <displaystyle n> , ν <displaystyle u >
Размерность	N
Единицы измерения
СИ	моль
СГС	моль

Количество вещества — физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы) [1] . Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) и в системе СГС — моль [2] . Без конкретизации объекта рассмотрения термин «количество вещества» не используют [K 1] .

Содержание

Применение [ править | править код ]

Эта физическая величина используется для измерения макроскопических количеств веществ в тех случаях, когда для численного описания изучаемых процессов необходимо принимать во внимание микроскопическое строение вещества, например, в химии, при изучении процессов электролиза, или в термодинамике, при описании уравнений состояния идеального газа.

При описании химических реакций, количество вещества является более удобной величиной, чем масса, так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратных целым числам.

Например, для реакции горения водорода (2H₂ + O₂ → 2H₂O) требуется в два раза большее количество вещества водорода, чем кислорода. При этом масса водорода, участвующего в реакции, примерно в 8 раз меньше массы кислорода (так как атомная масса водорода примерно в 16 раз меньше атомной массы кислорода). Таким образом, использование количества вещества облегчает интерпретацию уравнений реакций: соотношение между количествами реагирующих веществ непосредственно отражается коэффициентами в уравнениях.

Так как использовать в расчётах непосредственно количество молекул неудобно, потому что это число в реальных опытах слишком велико, вместо измерения количества молекул в единицах «штука», их измеряют в молях. Фактическое количество единиц "штука" в 1 моле вещества называется числом Авогадро ( N _A = 6,02214076⋅10 23 "штука"/моль [4] ).

Количество вещества обозначается латинской n <displaystyle n> (эн) и не рекомендуется обозначать греческой буквой ν <displaystyle
u > (ню), поскольку этой буквой в химической термодинамике обозначается стехиометрический коэффициент вещества в реакции, а он, по определению, положителен для продуктов реакции и отрицателен для реагентов [5] . Однако в школьном курсе широко используется именно греческая буква ν <displaystyle
u > (ню).

Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса: n = m / M <displaystyle n=m/M> , где m — масса вещества, M — молярная масса вещества. Молярная масса — это масса, которая приходится на один моль данного вещества. Молярная масса вещества может быть получена произведением молекулярной массы этого вещества на количество молекул в 1 моле — на число Авогадро. Молярная масса (измеренная в г/моль) численно совпадает с относительной молекулярной массой.

По закону Авогадро, количество газообразного вещества можно также определить на основании его объёма: n <displaystyle n> = V / V _m, где V — объём газа при нормальных условиях, а V _m — молярный объём газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль.

Таким образом, справедлива формула, объединяющая основные расчёты с количеством вещества:

n = m M = N N A = V V m <displaystyle n=<frac >=<frac >>=<frac >>>>

Комментарии [ править | править код ]

1. ↑ Можно говорить о количестве вещества для молекул (формульных единиц) водорода H 2 <displaystyle <ce
   

   >>, можно говорить о числе молей атомов водорода H <displaystyle <ce >>, но словосочетание «один моль водорода» без конкретизации объекта обсуждения лишено смысла [3] .

Примечания [ править | править код ]

1. ↑Количество вещества(неопр.) . Большой энциклопедический политехнический словарь (2004). Дата обращения 31 января 2014.
2. ↑Деньгуб В. М. , Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М. : Издательство стандартов, 1990. — С. 85. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
3. ↑Пресс И. А., Основы общей химии, 2017, с. 119.
4. ↑Avogadro constant (англ.) . Physical Measurement Laboratory. National Institute of Standards and Technology. Дата обращения 7 февраля 2017.
5. ↑ 5 B + 4 , 5 H 2 → B 5 H 9 , Δ H 298 ∘ = + 62 , 8 k J <displaystyle <mathsf <5B+4<,>5H_<2> <xrightarrow <>> B_<5>H_<9>>>,

mathrm >
Когда теплота реакции записывается так, как это сделано в данном уравнении, подразумевается, что она выражена в килоджоулях на стехиометрическую единицу («моль») реакции по записанному уравнению. В рассматриваемом случае теплота реакции равна 62,8 кДж на моль (+62,8 кДж · моль −1 ) B₅H₉(газообразного), но составляет только 12,56 кДж на моль израсходованного бора (твёрдого кристаллического) или 62,8 кДж на каждые 4,5 моля газообразного водорода. Теплоты реакций всегда табулируются в расчете на моль образующегося соединения.

Моль — количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной атомной (молекулярной) массе.

Моль — единица количества вещества в СИ (одна из основных единиц СИ).

В 1 моле содержится столько молекул (атомов или других частиц вещества), сколько атомов содержится в 0,012 кг нуклида углерода 12 С с атомной массой 12.

Из этого определения следует, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул.

Число это называется постоянной Авогадро и обозначается N_A:

Постоянная Авогадро (число Авогадро) — это число атомов (молекул, или других структурных элементов вещества), содержащихся в 1 моле.

Постоянная Авогадро — одна из фундаментальных физических констант. Она входит в некоторые другие постоянные, например, в постоянную Больцмана.

Количество вещества.

Количество вещества — это число частиц вещества (атомов, молекул), выраженное в молях. Учитывая определение моля и числа Авогадро, можно сказать, что количество вещества v равно отношению числа молекул N в данном теле к постоянной Авогадро N_A, т.е. к числу молекул в 1 моле вещества:

.

Определение и формула количества вещества

Моль – количество вещества системы, которое содержит столько определенных структурных звеньев (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится в 0,012 кг углерода-12.

Масса одного атома 12 С равна 12 а.е.м., поэтому число атомов в 12 г изотопа 12 С равно:

N_A = 12 г / 12 × 1,66057×10 -24 г = 1/1,66057×10 -24 = 6,0221×10 -23 .

Таким образом, моль вещества содержит 6,0221×10 -23 частиц этого вещества.

Физическую величину N_A называют постоянной Авогадро, она имеет размерность [N_A] = моль -1 . Число 6,0221×10 -23 называют числом Авогадро. Таким образом количество вещества будет вычисляться как:

где N – число структурных звеньев, а N_A — постоянная Авогадро.

Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы M_r равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.

Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным. Поэтому другая формула для вычисления количество вещества выглядит следующим образом:

где m – масса вещества (г), а М – его молярная масса (г/моль).

Количество вещества газа можно рассчитать при помощи закона Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа:

где V – объем газа (л), а V_m – молярный объем (л/моль).

Примеры решения задач

Задание	Какое количество вещества магния и сколько атомов магния содержится в образце чистого магния массой 6 г? Какова масса одного атома магния?
Решение	Найдем количество вещества магния (молярная масса равна 24 г/моль):

n(Mg) = 6 / 24 = 0,25 моль.

Рассчитаем количество атомов магния в образце:

N(Mg) = 0,25 × 6,023 × 10 23 = 1,506× 10 23 атомов.

Определим массу одного атома магния:

m_atom(Mg) = 24 / 6,023 × 10 23 = 3,985 × 10 23 г.

Ответ Количество вещества — 0,25 моль, число атомов — 1,506× 10 23 атомов, масса одного атома магния — 3,985 × 10 23 г.

Задание	Какая масса серы потребуется для получения сульфида алюминия Al2S3 массой 30 г? В каких условиях может быть получен этот сульфид из простых веществ?
Решение	Запишем уравнение реакции получения сульфида серы:

Вычислим количество вещества сульфида алюминия (молярная масса – 150 г/моль):

Согласно уравнению реакции n(Al₂S₃) : n(S) = 1:3, значит:

n(S) = 3 × 0,2 = 0,6 моль.

Тогда масса серы будет равна (молярная масса – 32г/моль):