Информационно-развлекательный сайт На главную
Глава I. Атомно-молекулярное учение
9. Атомные и молекулярные массы. Моль
На законе Авогадро основан важнейший метод определения молекулярных масс веществ, находящихся в газообразном состоянии. Но прежде чем говорить об этом методе, следует сказать, в каких единицах выражают молекулярные и атомные массы.
При вычислениях атомных масс первоначально за единицу массы принимали массу атома водорода, как самого легкого элемента, и по отношению к нему вычисляли массы атомов других элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их кислородных соединений, то фактически вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая считалась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода принимали равным 16:1. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно 15,874:1 или 16:1,0079. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.
Таким образом, за единицу атомной массы принималась 1/16 часть массы атома кислорода, получившая название кислородной единицы. В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой смесь изотопов, так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята 1/16 часть массы атома кислорода 16О. В результате оформились две шкалы атомных масс — химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства.
В 1961 г. была принята единая шкала относительных
атомных масс, основой которой является атомная единица массы (сокращенно
— а. е. м.), представляющая собой 1/12 часть массы атома
изотопа углерода 12С, Согласно этой шкале, относительные
атомные массы кислорода и водорода равны соответственно 15,9994 и 1,0079 а.е.м.
Таким образом, в настоящее время относительной атомной массой (или просто атомной массой) элемента называют массу его атома, выраженную в атомных единицах массы.
Масса молекулы любого вещества равна сумме масс атомов, образующих эту молекулу. Поэтому молекулярная масса равна сумме соответствующих атомных масс. Например, молекулярная масса молекулы водорода, состоящей из двух атомов, равна 2,0158 а.е.м.; молекулярная масса воды, молекула которой содержит два атома водорода и один атом кислорода, равна: 15,9994 + 2·1,0079 = 18,0152 а.е.м. — и т. д. Следовательно, относительной молекулярной массой (или просто молекулярной массой) простого или сложного вещества называют массу его молекулы, выраженную в атомных единицах массы.
Отметим, что до недавнего времени вместо терминов «атомная масса» и «молекулярная масса» употреблялись термины «атомный вес» и «молекулярный вес».
Наряду с единицами массы и объема, в химии пользуются также единицей количества вещества, называемой молем (сокращенное обозначение — «моль»).
Моль — количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12С.
Применяя понятие «моль», необходимо в каждом конкретном случае точно указывать, какие именно структурные единицы имеются в виду. Например, следует различать моль атомов Н, моль молекул Н2, моль ионов Н+.
В настоящее время число структурных единиц, содержащихся в одном моле вещества (число Авогадро), определено с большой точностью. При практических расчетах его принимают равным 6,02·1023.
Масса 1 моля данного вещества называется его мольной массой. Мольная масса обычно выражается в г/моль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то мольная масса вещества (М, г/моль) пропорциональна массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной молекулярной (или атомной) массе данного вещества (Мотн, а.е.м.):
М = К Мотн
где К — коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ.
Нетрудно видеть, что К = 1. В самом деле, для изотопа углерода 12С Мотн = 12 а.е.м., а мольная масса (по определению понятия «моль») равна 12 г/моль. Следовательно, численные значения М (г/моль) и Мотн (а. е. м.) совпадают, а значит К. = 1. Отсюда следует, что мольная масса вещества, выраженная в граммах, имеет то же численное значение, что и его относительная молекулярная (атомная) масса, выраженная в а.е.м. Так, мольная масса атомарного водорода равна 1,0079 г/моль, молекулярного водорода — 2,0158 г/моль, молекулярного кислорода — 31,9988 г/моль.
Согласно закону Авогадро, одно и то же число молекул любого газа занимает при одинаковых условиях один и тот же объем. С другой стороны, 1 моль любого вещества содержит (по определению) одинаковое число частиц. Отсюда следует, что при определенных температуре и давлении 1 моль любого вещества в газообразном состоянии занимает один и тот же объем.
Нетрудно рассчитать, какой объем занимает один моль газа при нормальных условиях, т. е. при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа или 760 мм рт. ст.) и температуре 0 °С. Например, экспериментально установлено, что масса 1 л кислорода при нормальных условиях равна 1,43 г. Следовательно, объем, занимаемый при тех же условиях одним молем кислорода (32 г), составит 32 : 1,43 == 22,4 л. То же число получим, рассчитав объем одного моля водорода, диоксида углерода и т. д.
Один моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Этот объем называется мольным объемом газа при нормальных условиях.
Для идеального газа мольный объем при нормальных условиях равен (22,4138 ± 0,0070) л. Мольные объемы реальных газов различны и несколько отличаются от величины 22,4138 л. В большинстве случаев это различие сказывается лишь в четвертой и последующих значащих цифрах. Поэтому для реальных газов следует пользоваться либо величиной 22,4 л, либо (если нужна более высокая точность) — величиной мольного объема изучаемого газа.
Страница создана по материалам книги: Н. Л. Глинка. Общая химия. Изд. 21-е. Ленинград "ХИМИЯ". Ленинградское отделение 1980. 720 с.
© Сайт защищён авторскими правами. Перепечатка любого материала только с активной ссылкой на наш сайт www.znauvse.com.
Написать web-мастеру:
e-mail: admin@znauvse.com
ICQ: 354951797
