Кількість речовини – Моль


Хімічні реакції протікають між речовинами. Речовини складаються з атомів, молекул або іонів і саме ці елементарні частинки речовин беруть участь у взаємодії одна з одною.

хімічні реакції – це взаємодія або перегрупування окремих атомів, молекул, іонів реагуючих речовин

На практиці (у промисловості, або хімічній лабораторії) реакції проводять з макрокількістю речовин, які складаються з величезного числа його найпростіших хімічних часток (атомів, молекул, іонів).
0000000014 Ґрунтуючись на атомній гіпотезі Дальтона і гіпотезі Авогадро, австрійський фізик Лошмідт в 1865 р встановив кількісне співвідношення між мікро- і макрокількістю речовини в хімії. Він знайшов, що в 1 см3газу при нормальних фізичних умовах міститься приблизно 2,69·1019 часток цього газу (атомів – для атомних газів, наприклад гелій (He), молекул – для молекулярних газів, наприклад водень (H2)). Це число 2,69·1019 у фізиці називається числом Лошмідта.

Для того, щоб легше розрізняти мікро- і макрокількості речовини в хімії, введено поняття про кількість речовини (позначення n – у фізиці, або ν (ню) – у хімії) – фізико-хімічну величину, що характеризує макропорцію цієї речовини подібно до того, як число часток (або взагалі будь-яких об’єктів, однакових предметів) характеризує мікропорції речовини (наприклад, 2 атома Оксиґену, 7 молекул водню).
У хімії мірою хімічних частинок є їх ціле число (тому що саме частинки – атоми, молекули, іони визначають і характеризують властивості речовини, їх число не може бути дробовим, а є тільки цілим, наприклад 2 атома Гелію – але не 2,3 (дві цілих три десятих) атома Гелію, тому, що три десятих – це частина атома, яка не може мати нічого спільного з атомом і його характерними фізико-хімічними властивостями, в хімії атоми не можна ділити на частинки, бо вони втрачають свої властивості, притаманні відповідній речовині), а мірою порцій речовин є їх кількість, числове значення якого вже може бути і цілим і дробовим (наприклад 1 моль хлору, 3,16 моль Силіцію).
Така сама порція речовини може бути охарактеризована її масою або об’ємом (які взаємопов’язані через поняття щільність, для твердих і рідких речовин).

Подібно до того, як наші предки придумували назви для позначення певного числа предметів, наприклад 12 горошин (або інших предметів) раніше називали дюжиною; в 1971 р, хіміки домовилися (офіційно, на міжнародному рівні, позначення моль було включено до Міжнародної системи СІ) називати певне число часток речовини (матерії) словом – моль (mol – міжнародне позначення).
Яке ж число часток міститься в 1 моль речовини (матерії)?

Кількість речовини, що міститься в порції простої або складної речовини, визначається порівнянням з певною, чітко визначеною одиницею кількості речовини. При цьому за основу для порівняння беруть найпоширеніший ізотоп Карбону – 12C

Моль – це кількість речовини, що містить стільки ж формульних одиниць цієї речовини, скільки атомів міститься в 12 грамах (точно) ізотопу Карбону-12

Формульна одиниця речовини (або структурний елемент речовини, її елементарний об’єкт) – це хімічна частинка (атом, молекула, катіон, аніон), а також будь-яка сукупність інших елементарних частинок передається її хімічною формулою, або символом, наприклад: Na, H2O, H2SO4, NH+, e (електрон), CuSO4•5H2O. Тому задана кількість речовини має сенс, якщо точно названо речовину, тобто вказано, з яких формульних одиниць вона складається. Так, запис “1 моль хлору” відноситься до 1 моль газу молекулярного хлору Cl2, а запис “1 моль Хлору” – до 1 моль атомів Хлору Cl як хімічного елемента.

У назві фізичної величини – кількість речовини – слово “речовина” вжито в більш широкому сенсі, і визначає не тільки хімічну речовину, а й саму матерію. Тому в число формульних одиниць включаються також електрони (а у фізиці і інші фізичні частинки), які самі по собі хімічних речовин не утворюють. Кількість електронного газу (або просто електронів) також може бути 1 моль, оскільки електрони (та інші подібні їм частки) є неподільними носіями певних властивостей на рівні з атомами, молекулами та іонами.

1 моль = 6.02214082(11)×1023 штук формульних одиниць (атомів, молекул, іонів та ін. часток). Фізико-хімічна константа, що відповідає цьому числу, називається постійна Авогадро (число Авогадро) і позначається NA:

NA = 6.02214082(11)×1023 моль-1 ≈ 6.022×1023 моль-1

Не слід плутати число Авогадро з числом Лошмідта. Число Авогадро універсальне, воно вказує на число формульних одиниць речовини в його кількості, рівній 1 моль, незалежно від агрегатного стану речовини. Число Лошмідта має обмежений сенс, воно відноситься тільки до газів при нормальних фізичних умовах, для яких можна використовувати постійну Лошмідта:

NL = 2,686754·1019 см-3 ≈ 2,69·1019 см-3

Постійні Авогадро і Лошмідта визначені з достатньою точністю при використанні різних методів і об’єктів. Однозначність результатів їх визначення різними методами є прямим доказом існування атомів і молекул, підтверджує науковий сенс атомно-молекулярного вчення.

Запис формульних одиниць в рівняннях реакцій означає не тільки, що реагують між собою окремі частки речовин, але і їх макропорціі (у кожній з яких міститься величезна кількість хімічних часток).

Приклад. З рівняння хімічної реакції

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

бачимо, що два атоми натрію реагують з двома молекулами води і при цьому утворюється дві формульні одиниці гідроксиду натрію (речовина складається не з молекул а з іонів Na+ і OH) і однієї молекули водню. Але наведене рівняння показує не тільки хімічну реакцію на мікро- рівні (між атомами), воно також показує і взаємодію речовин на макро рівні, між кількостями речовин:

2 моль Na, або 2 * 6.022×1023 штук атомів Na реагує з 2 моль H2O, або 2 * 6.022×1023 штук молекул H2O при цьому утворюються 2 моль іонів Na+ 2 моль іонів OH і 1 моль молекул H2

Кількість речовини може характеризувати також порції фізичних частинок (наприклад електронів), а отже і порції електричних зарядів як на електронах, так і на іонах. Звідси походять закони електрохімії.

* – граматично Моль не змінюється за відмінками.

У старій хімічній літературі (до 1970 р) до введення кількості речовини як фізичної величини, замість поняття моль, використовували поняття молярна маса, а саме, одна грам-молекула (скорочено моль) речовини відповідала його масі (в грамах), числове значення якої дорівнювало відносній молекулярній масі цієї речовини. Аналогічно застосовувалися поняття “грам-іон” і “грам-атом”.

Comments are closed.