Чтобы узнать число атомов в молекуле, достаточно знать молекулярную формулу вещества. После чего мы суммируем число всех атомов в молекуле. Число атомов конкретного химического элемента в веществе мы узнаем по нижнему индексу.
Среди простых веществ, в природе молекулы встречаются не так часто. Среди них: водород H2, азот N2, кислород O2, озон O3, йод I2. За исключением озона все эти молекулы содержат по 2 атома.
Примеры
Определить количество атомов в молекуле воды H2O.
Молекула воды содержит 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Значит всего в молекуле содержится 3 атома.
Определить количество атомов в молекуле этана C2H6.
Молекула содержит 2 атома углерода и 6 атомов водорода. Всего в молекуле содержится 2 + 6 = 8 атомов.
Определить количество атомов в молекуле оксида азота (V) N2O5.
Молекула содержит 2 атома азота и 5 атомов кислорода. Всего в молекуле содержится 2 + 5 = 7 атомов.
Определить количество атомов в молекуле пищевой соды NaHCO3.
Молекула содержит 1 атом натрия, 1 атом водорода и 3 атома кислорода. Всего в молекуле содержится 1 + 1 + 3 = 5 атомов.
Определить число атомов в молекуле глюкозы C6H12O6.
Молекула содержит 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Всего в молекуле содержится 6 + 12 + 6 = 24 атома.
Определить число атомов в молекуле аспаргина (одна из аминокислот) C4H8O3N2.
Как видим, молекула аспаргина содержит 4 атома углерода, 8 атомов водорода, 3 атома кислорода и 2 атома азота. Всего молекула содержит 4 + 8 + 3 + 2 = 17 атомов.
Как видим, рассчитать общее число атомов в молекуле не такая уж и сложная задача.
В уроке 8 «Химическое количество вещества и моль» из курса «Химия для чайников» выясним, что такое химическое количество вещества; рассмотрим моль в качестве единицы количества вещества, а также познакомимся с постоянной Авогадро. Напоминаю, что в прошлом уроке «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» мы научились вычислять относительную молекулярную массу, а также относительную формульную массу веществ; кроме того, выяснили что такое массовая доля и привели формулу для ее вычисления.
Любое чистое вещество имеет свою химическую формулу, т. е. характеризуется определенным качественным и количественным составом.
Если необходима какая-то порция твердого вещества, то для этого следует взять нужную его массу, т. е. взвесить вещество (рис. 43). Нужный объем жидкого вещества обычно отмеряют с помощью мензурки или мерного цилиндра (рис. 44). Для отбора необходимой порции (объема) газообразных веществ применяют специальные емкости — газометры (рис. 45).
Следовательно, объем и масса — это величины, характеризующие данную порцию вещества.
Химическое количество вещества
В жизни мы часто не различаем понятия «масса» и «количество». А это разные понятия. Когда вы говорите: «Я купил 2 кг груш», то здесь речь идет о массе груш. Но если вы говорите: «Я купил 10 груш», то в этом случае речь идет о количестве груш. Массу вещества измеряют в граммах, килограммах, тоннах, а количество — в штуках.
Груши можно пересчитать поштучно, а если это, например, зерна? Тут уже посчитать каждое зернышко даже в небольшой емкости сложно. Поэтому зерно обычно продают мешками, т. е. определенными порциями. В каждой такой порции — мешке (если они равны по массе и все зерна одинаковы) — будет находиться практически одно и то же число зерен. Подобным образом продают многие товары. Например, яйца — десятками, спички — спичечными коробками, в каждом из которых находится по 45 спичек (рис. 46).
В химической практике, помимо массы или объема, необходимо знать число структурных единиц (атомов, молекул, формульных единиц), которые содержатся в данной порции вещества, поскольку именно они участвуют в химических реакциях. Поэтому в химии, как и в других естественных науках, используют физическую величину, характеризующую число частиц в рассматриваемой порции вещества. Эта физическая величина называется количеством вещества или, как следует называть ее при химических расчетах, — химическое количество вещества.
Химическое количество вещества — физическая величина, пропорциональная числу структурных единиц, содержащихся в данной порции вещества.
Другими словами, химическое количество вещества — это порция данного вещества, содержащая определенное число его структурных единиц. Химическое количество вещества обозначают латинской буквой n. Это одна из семи основных физических величин Международной системы единиц (СИ).
Моль — единица химического количества вещества
Каждая из основных физических величин имеет свою единицу. Например, единица длины — метр (м), массы — килограмм (кг), времени — секунда (с). Единицей химического количества вещества является моль.
Моль — порция вещества (т. е. такое его химическое количество), которая содержит столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.
Сокращенное обозначение единицы химического количества записывается, как и полное, — моль. Поэтому, если слово «моль» стоит после числа, то оно не склоняется, так же, как и другие сокращенные единицы величин: 3 кг, 5 л, 8 моль. При чтении вслух и при записи числительного буквами слово «моль» склоняется: три килограмма, пять литров, восемь молей.
На заметку.Термины «молекула» и «моль», как нетрудно заметить, однокоренные. Они действительно произошли от одного и того же латинского слова «moles». Но это слово имеет, по крайней мере, два значения. Первое — «маленькая масса». Именно в этом смысле в XVII в. оно превратилось в термин «молекула». А понятие «моль» (в смысле кучка, порция) появилось значительно позже, в начале ХХ в. Автор этого термина известный немецкий химик и физик Оствальд толковал его смысл как «большая масса», как бы противопоставляя термину «молекула».
получила название постоянной Авогадро. Она является одной из важнейших универсальных постоянных и обозначается символом NA:
Единица в числителе дроби (1/моль) заменяет название структурной единицы.
если 1 моль вещества содержит 6,02·10 23 молекул, то n моль вещества содержат N(Х) молекул.
И наоборот, по числу структурных единиц можно рассчитать химическое количество вещества:
Пример 1. Определите число молекул, содержащихся в серной кислоте химическим количеством 3 моль.
Пример 2. Рассчитайте химическое количество CuSO4 в порции, содержащей 36,12·10 23 формульных единиц (ФЕ).
Краткие выводы урока:
Надеюсь урок 8 «Химическое количество вещества и моль» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Мольная доля химического элемента в веществе помогает узнать, сколько моль содержится в том или ином веществе.
Просьба не путать это с массовой долей химического вещества. Это совершенно разные сущности.
Покажем, как вычисляется мольная доля на примере аммоний азотнокислого.
В одном 1 моль вещества содержится
Соответственно мольные доли равны
В 1 моль любого химического вещества содержится постоянное количество атомов/молекул равное
Количество атомов кислорода
Количество атомов азота
Количество атомов водорода
У некоторых читателей может возникнуть недопонимание, как так в 1 моль вещества находится 2 моль азота + 4 моль водорода+3 моль кислорода.
Да и с количеством атомов, тоже получается путаница.
Объясняем на примере воды.
В одном моль водынаходится молекул(!) воды(!). В одной молекуле воды содержится 2 атома водорода и один атом кислорода.Следовательно один моль воды состоит из 2 моль водорода и одного моль кислорода, которые в свою очередь содержат соответственно атомов(!!) водорода и атомов кислорода.
Калькулятор который представлен на сайте, может решать следующие задачи
— Расчет мольных долей химических элементов, входящих в формулу
— Расчет количества каждого из химического элемента
— Число атомов химического элемента в 1 моль заданного вещества
— При вводе массы вещества, расчет количества этого вещества (в моль)
Рассмотрим несколько примеров.
1. Чему равна мольная доля кислорода в нитрат калия?
Пишем формулу. Получаем результат
Заданная формула
Количество вещества в указанной массе
2. Сколько атомов серы и кислорода находится в 10 граммах серной кислоты?
Количество атомов в веществе(поэлементно)
3. Сколько молей азота и водорода находится в 5 моль аммония сульфат?
Пишем формулу и смотрим
Заданная формула
Количество вещества в указанной массе
В одном моль вещества находится 2 моль азота и 8 моль водорода. Значит в 5 моль вещества будет.
2*5 моль азота =10 и 8*5 моль водорода=40. Это наш ответ.
4. Рассчитать количество вещества 20 грамм оксида железа и массу железа в этом веществе.
Пишем формулу и массу. Получаем
Заданная формула
Количество вещества в указанной массе
Наш ответ: количество вещества 0.27837163727062175 моль
масса железа в 20 граммах оксида железа Fe=15.546220826 грамм
И последняя 5 задача
5.Сколько молекул вещества в 100 граммах Na2SO4?
Вводим формулу, вводим массу и думаем.
В этой задаче не надо складывать количество атомов каждого из химического элемента, входящих в формулу. Этот ответ будет неправильный.
Нам надо узнать количество молекул(!) вещества. Поэтому просто узнаем количество моль этого вещества и умножаем на постоянную Авогадро (6.02 *10^²³ )
Количество вещества в указанной массе
поэтому число молекул в ста граммах равно 6.02*0.704*10 ^²³=4.24*10 ^²³
Современная классическая физика полна архаизмов, одним из которых является «число Авогадро». Вот как оно определяется в современных справочниках по физике:
В 1814 году итальянский учёный Амадео Авогадро (1776 – 1856) опубликовал статью «Очерк об относительных массах молекул простых тел, или предполагаемых плотностях их газа, и о конституции некоторых из их соединений», в которой он сформулировал новый закон: «…равные объёмы газообразных веществ при одинаковых давлениях и температурах отвечают равному числу молекул, так что плотности различных газов представляют собою меру масс молекул соответствующих газов».
Сам Авогадро ни в этой статье, ни позже, не предпринимал попыток посчитать это самое количество молекул, поэтому в этом смысле он никакого отношения к числу (постоянной) названной его именем не имеет. Вычислять это число стали позже и совсем другие учёные. Поскольку в то время атомная физика только только осваивала открывшиеся горизонты, ни кто и понятие не имел о структуре атома. Но подсчитать открытые Авогадро молекулы очень хотелось.
Первым эту попытку предпринял в 1866 г. Йозеф Лошмидт (1821-1895) и насчитал 1,81*10^(24) молекул в одном куб. метре газа.
Приблизительно в это же время голландский физик Ван дер Ваальс (1837 – 1923) предположил, что молекул в одном моле идеального газа (0,022414 куб. м) должно быть более 4,5*10^(23), что собственно уже представляло собой число Авогадро, но значение, которое ещё было далеко от реального.
В наше время, с иными финансовыми возможностями, «число Авогадро» определили следующим образом.
В 2010 году для этого использовались две сферы, сделанные из кремния-28. Сферы были получены в Институте кристаллографии имени Лейбница и отполированы в австралийском Центре высокоточной оптики настолько гладко, что высоты выступов на их поверхности не превышали 98 нм. Для их производства был использован высокочистый кремний-28, выделенный в нижегородском Институте химии высокочистых веществ РАН из высокообогащённого по кремнию-28 тетрафторида кремния, полученного в Центральном конструкторском бюро машиностроения в Санкт-Петербурге. Располагая такими практически идеальными объектами, можно с высокой точностью подсчитать число атомов кремния в шаре и тем самым определить число Авогадро.
Согласно полученным результатам, оно равно 6,02214084(18)*10^(23) моль^(-1). Однако в январе 2011 года были опубликованы результаты новых измерений, считающиеся более точными: N(A) = 6,02214078(18)*10^(23) моль^(-1).
Итак, казалось бы, эпопея с определением «числа Авогадро» подошла к своему финалу. Но не всё так просто.
Для того чтобы понять что же все таки сосчитало это самое «число Авогадро» необходимо разобраться с понятием «моль».
Сегодня под «молем» понимают количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Итак, под «молем» понимается 12 граммов углерода-12. Зная, сколько весит один атом углерода, не сложно определить, сколько таких атомов содержит один «моль».
В соответствии с таблицей Менделеева углерод-12 содержит в своём составе 6 протонов, 6 нейтронов и 6 электронов.
Таким образом, во-первых, современный «моль» в определении «числа Авогадро» соответствует одному грамму, поэтому не совсем понятно кому нужен был этот мыльный пузырь. А, во-вторых, его «абсолютно точное» значение ни имеет никакого отношения к реальности – это чистой воды алхимия.
В 1,0 см 3 любого газа, находящегося при нормальных условиях (температура t0 = 0,0 °С, давление р0 = 1,0 · 10 5 Па), содержится 2,7 · 10 19 молекул. Чтобы представить, насколько велико это число, предположим, что из отверстия в ампуле вместимостью V = 1,0 см 3 ежесекундно вылетает 100 молекул. Тогда, для того чтобы все молекулы вылетели из ампулы, потребуется 8,6 млрд лет, т. е. промежуток времени, сравнимый с возрастом Вселенной (12–15 млрд лет). Такое огромное число молекул в веществе свидетельствует о том, что их размеры очень малы. Каковы же размеры и масса частиц вещества? Как определить число атомов в любом макроскопическом теле?
Молекулярно-кинетическая теория предоставляет возможность оценить массу и размеры частиц, образующих макроскопические тела. Молекулы, как и атомы, не имеют чётких границ. Если представить молекулу в виде шарика, то её радиус имеет значение от 0,1 нм у простейших до 100 нм у сложных молекул, состоящих из нескольких тысяч атомов. Например, оценочный диаметр молекулы водорода составляет 0,2 нм, а диаметр молекулы воды — 0,3 нм. При таких размерах число частиц в веществе очень велико. Например, в одном грамме воды содержится 3,3 · 10 22 молекул.
Размеры и масса молекулы возрастают с увеличением числа атомов, которые входят в её состав. Атомы и молекулы (кроме многоатомных молекул органических веществ) имеют массу порядка 10 –26 кг. Из-за малых значений выражать массы атомов и молекул в килограммах (кг) неудобно. Поэтому для измерения масс атомов и молекул в химии и физике используют атомную единицу массы (а. е. м.). Атомную единицу массы выражают через массу изотопа углерода :
Массу молекулы (или атома), выраженную в атомных единицах массы, называют относительной молекулярной массой Mr (или относительной атомной массой Ar). Относительная молекулярная (или атомная) масса Mr показывает, во сколько раз масса m0 молекулы (или атома) больше атомной единицы массы:
В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (см. форзац 2) возле символов элементов указаны и их относительные атомные массы. В большинстве случаев при проведении расчётов значение относительной атомной массы округляют до целого числа, используя правила приближённых вычислений. Так, например, относительная атомная масса водорода равна 1, кислорода — 16, азота — 14.
Количество вещества, содержащегося в макроскопическом теле, определяют числом частиц в нём. Приведённые выше примеры показывают, насколько велико это число. Поэтому при расчётах принято использовать не абсолютное число частиц вещества, а относительное:
т. е. количество вещества ν определяют отношением числа частиц N этого вещества к постоянной Авогадро NA.
В молекулярно-кинетической теории наряду с относительной молекулярной (или атомной) массой используют м олярную массу M — массу вещества, взятого в количестве ν = 1 моль. Молярную массу M определяют отношением массы m вещества к его количеству ν:
Молярную массу вещества также можно вычислить по формуле
1. Во сколько раз число молекул водорода, взятого в количестве νв = 8 моль, больше числа молекул азота, количество вещества которого νа = 4 моль?
Формула
Физические величины, входящие в формулу
Единицы физических величин
ν — количество вещества N — число частиц вещества NA — постоянная Авогадро
моль — моль –1
М — молярная масса
m — масса вещества m0 — масса молекулы вещества
кг кг
NA = 6,022·10 23 моль –1
1. В каких единицах измеряют массы атомов и молекул?
2. Что такое количество вещества? Назовите единицу этой физической величины.
