Химия Инфо

Моль — единица количества вещества

Атомы и молекулы настолько малы, что в обычной порции вещества их огромное число. Чтобы удобно сравнивать такие порции и выполнять расчёты, в химии используют особую величину — количество вещества. Её единица — моль.

Что такое количество вещества

Количество вещества показывает, сколько указанных частиц содержится в рассматриваемой системе.

Его обозначают латинской буквой n; в школьных учебниках также встречается греческая буква ν. В этой статье будем использовать n.

Частицами могут быть атомы, молекулы, ионы или другие объекты. Поэтому нужно уточнять, что именно мы считаем: атомы железа Fe, молекулы воды H2O или ионы натрия Na+.

Количество вещества и масса — разные величины. Массу измеряют, например, в граммах, а количество вещества — в молях. Одинаковое количество вещества разных веществ обычно имеет разную массу.

Сколько частиц содержится в одном моле

Один моль соответствует ровно 6,02214076 · 1023 указанным частицам.

Это современное определение моля в Международной системе единиц СИ.

Моль можно сравнить с дюжиной: слово «дюжина» означает 12 предметов, а «моль» задаёт определённое, гораздо большее число частиц. При этом моль — единица количества вещества, а не единица массы.

В большинстве школьных задач достаточно округления до 6,02 · 1023. Если в условии задана другая точность, используйте её.

Что рассматриваемКоличество веществаЧисло указанных частиц
Атомы железа Fe1 мольПримерно 6,02 · 1023 атомов
Молекулы воды H2O1 мольПримерно 6,02 · 1023 молекул
Молекулы кислорода O21 мольПримерно 6,02 · 1023 молекул
Ионы натрия Na+1 мольПримерно 6,02 · 1023 ионов

Постоянная Авогадро

Связь числа частиц и количества вещества задаёт постоянная Авогадро:

NA = 6,02214076 · 1023 моль−1.

Это точное значение. Единица моль−1 означает «на один моль». В дальнейших примерах используем округлённое значение NA ≈ 6,02 · 1023 моль−1.

Не путайте обозначения: N — число частиц в данной порции, а NA — постоянная Авогадро.

Как найти количество вещества по числу частиц

Чтобы определить количество вещества, разделите число частиц на постоянную Авогадро:

n = N / NA.

Обратная формула позволяет найти число частиц:

N = n · NA.

Пример 1 Число молекул по количеству вещества

Сколько молекул содержится в 0,5 моль воды?

N(H2O) = 0,5 моль · 6,02 · 1023 моль−1 = 3,01 · 1023.

Ответ: примерно 3,01 · 1023 молекул воды. Единицы «моль» и «моль−1» при умножении сокращаются.

Пример 2 Количество вещества по числу молекул

Порция углекислого газа содержит 1,204 · 1024 молекул CO2. Найдём количество вещества:

n(CO2) = (1,204 · 1024) / (6,02 · 1023 моль−1) = 2 моль.

Ответ: 2 моль CO2.

Как различать молекулы и атомы в них

В одной молекуле воды H2O два атома водорода и один атом кислорода. Следовательно, в 1 моль молекул воды содержатся 2 моль атомов водорода и 1 моль атомов кислорода. Всего это 3 моль атомов.

Индексы в формуле помогают перейти от числа молекул к числу атомов каждого элемента.

Пример 3 Атомы водорода в воде

Сколько атомов водорода содержится в 0,5 моль воды?

В этой порции воды n(H) = 2 · 0,5 = 1 моль атомов водорода.

N(H) = 1 моль · 6,02 · 1023 моль−1 = 6,02 · 1023 атомов.

Для сравнения: число молекул воды в той же порции вдвое меньше — 3,01 · 1023.

Что считать у веществ без молекул

Не все вещества состоят из отдельных молекул. Например, твёрдый хлорид натрия имеет ионную кристаллическую решётку. Формула NaCl показывает соотношение ионов Na+ и Cl− как 1 : 1.

При расчётах состава такого вещества используют формульную единицу. Для NaCl она соответствует одному иону Na+ и одному иону Cl−. В 1 моль NaCl содержится по 1 моль ионов каждого вида — всего 2 моль ионов. Отдельных молекул NaCl в обычном кристалле при этом не выделяют.

Типичные ошибки

  • «Один моль всегда весит один грамм». Масса одного моля зависит от вещества. Для перехода к массе нужна молярная масса.
  • «В одном моле любых веществ одинаковое число атомов». Одинаково число выбранных объектов. Один моль H2O содержит 1 моль молекул, но 3 моль атомов.
  • «N и NA — одно и то же». Число частиц меняется от порции к порции, постоянная Авогадро остаётся одной и той же.
  • «Моль применим только к газам». Количество вещества используют и для твёрдых веществ, и для жидкостей, и для газов.

Проверьте себя

Используйте NA ≈ 6,02 · 1023 моль−1.

  1. Сколько молекул O2 содержится в 0,25 моль кислорода?
  2. Чему равно количество вещества железа, если порция содержит 3,01 · 1023 атомов Fe?
  3. Сколько молей атомов кислорода содержится в 2 моль CO2?
  4. Сколько атомов водорода содержится в 0,2 моль H2?
  5. Сколько молей ионов Na+ и Cl− содержится в 0,3 моль кристаллического NaCl?

Ответы и объяснения

  1. 1,505 · 1023 молекул:

    N = 0,25 · 6,02 · 1023.

  2. 0,5 моль:

    n = (3,01 · 1023) / (6,02 · 1023).

  3. 4 моль атомов O: в каждой молекуле CO2 два атома кислорода.

  4. 2,408 · 1023 атомов H:

    N(H) = 2 · 0,2 · 6,02 · 1023.

  5. По 0,3 моль ионов каждого вида; всего 0,6 моль ионов.

Что изучать дальше

Чтобы связать количество вещества с массой, перейдите к статье «Молярная масса». Если трудно отличить атом от молекулы или иона, повторите «Атомы, молекулы и ионы».

Источник определения: Международное бюро мер и весов — моль в СИ.