Стехиометрические законы химии. Пшестанчик В.Р - 45 стр.

UptoLike

Рубрика: 

45
В принципе, по договоренности можно было бы принять за единицу
количества вещества некоторое произвольно выбранное число частиц . Но
эта единица имеет важное значение в химии и физике, принадлежит к чис-
лу фундаментальных констант, с ней связаны определения ряда других важ -
ных величин , да к тому же, в СИ она включена в число 7 основных единиц
( м , кг, с, А , К , моль, Кд). Поэтому к ее определению нельзя подходить про-
извольно. Следует выбрать такое численное значение, которое было бы со-
гласовано с другими единицами и, в частности, с принятой углеродной шка-
лой атомных масс.
Единица количества вещества в СИ называется моль.
10
По смыслу 1
моль любого вещества содержит одно и то же, вполне определенное число
частиц . Эта совокупность частиц для любого вещества характеризуется
вполне определенной массой , которая , таким образом , представляет собой
массу одного моля вещества, называется молярной (или мольной) массой М
и имеет размерность г / моль (количество граммов в 1 моле). Очевидно, что
масса 1 моля вещества должна быть пропорциональна массе 1 частицы этого
вещества (или относительной молекулярной массе):
М , г/моль = kM
r
Здесь k коэффициент пропорциональности, значение которого зави-
сит от выбранной системы отсчета . Причем в данной системе отсчета этот
коэффициент должен быть одинаковым для всех веществ.
Удобно выбрать такую систему отсчета , в которой k=1, т.е. численные
значения молярной и относительной молекулярной масс будут совпадать
( различаясь, разумеется , по размерности). Делается это так . Как известно, в
углеродной шкале атомных масс масса атома изотопа
12
С равна точно 12
а.е.м ., или A
r
(
12
C)=12,0000. Берем 12 г углерода (т.е. массу, численно совпа -
дающую с атомной массой ) и объявляем , что это теперь не просто масса, а
молярная масса углерода, а ее размерность уже не просто г , а г/моль. Тогда
количество атомов углерода в 12 граммах это и есть число частиц в моле.
Вот теперь можно дать строгое определение единицы моль:
Моль это количество вещества, содержащее столько же струк-
турных элементов (атомов, молекул, ионов, электронов, протонов и
т.п.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода
12
С .
Это и есть то определение, которое принято в системе единиц СИ ,
приводится без должных комментариев в школьном учебнике, которое
школьники выучивают и воспроизводят наизусть, зачастую совершенно не
понимая его смысла. И если спросить не экзамене: “А сколько же все- таки
частиц в моле? , то многие затрудняются с ответом , и можно услышать что-
нибудь, вроде “А вот столько, сколько ...).
Действительно, осталось узнать, сколько же атомов С на самом - то деле
содержится в 12 граммах углерода (в 1 моле его). Для этого, очевидно, надо
разделить массу моля (0,012 кг в основных единицах СИ ) на массу одного
атома углерода (19,92
.
10
-27
кг):
10
«Ирония судьбы» здесь заключается в том , что moles по-латыни означает «масса» .
                                                     45

       В п р инцип е, п о договор енности м ож но было бы п р инять за единицу
к оличества вещ ества нек отор ое п р оизвольно выбр анное число частиц. Н о
этаединицаим еет важ ное значение в хим иииф изик е, п р инадлеж итк чис-
лу ф ундам ентальных к онстант, сней связаны оп р еделения р ядадр угих важ -
ных величин, дак том у ж е, в СИ онавк лю ченав число 7 основных единиц
(м , к г, с, А , К , м оль, К д). П оэтом у к ее оп р еделению нельзя п одходитьп р о-
из вольно. Следует выбр ать так ое численное значение, к отор ое было бы со-
гласовано сдр угим иединицам ии, в частности, сп р инятой углер одной ш к а-
лой атом ных м асс.
       Е диница к оличества вещ ества в СИ называется м о ль.10 П о см ыслу 1
м ольлю б о го вещ ествасодер ж ито д но ит о ж е , вп олнеоп р еделенноечисло
частиц. Э та совок уп ность частиц для лю бого вещ ества хар ак тер из уется
вп олне оп р еделенной м ассой, к отор ая, так им обр азом , п р едставляет собой
м ассу одного м оля вещ ества, называется м о ля рно й (илим о льно й ) м ас с о й М
и им еет р аз м ер ность г/м о ль (к оличество гр ам м ов в 1 м оле). О чевидно, что
м асса1 м оля вещ ествадолж набытьп р оп ор циональнам ассе1 частицы этого
вещ ества(илиотносительной м олек уляр ной м ассе):
                                       М , г/м о ль = kMr
       Здесь k – к оэф ф ициент п р оп ор циональности, значение к отор ого з ави-
сит от выбр анной систем ы отсчета. П р ичем в данной систем е отсчетаэтот
к оэф ф ициентдолж ен бытьодинак овым для всех вещ еств.
       У добно выбр ать так ую систем у отсчета, в к отор ой k=1, т.е. ч ис ле нные
з начения м оляр ной и относительной м олек уляр ной м асс будут совп адать
(р аз личаясь, р аз ум еется, п о р азм ер ности). Д елается это так . К ак известно, в
углер одной ш к але атом ных м асс м асса атом а изотоп а 12С р авна точно 12
а.е.м ., илиAr(12C)=12,0000. Бер ем 12 г углер ода(т.е. м ассу, ч ис ле нно с о впа-
д аю щ ую сатом ной м ассой) и объявляем , что это теп ер ь не п р осто м асса, а
м оляр ная м ассауглер ода, а ее р азм ер ность уж е не п р осто г, аг/м оль. Т огда
к оличество атом ов углер одав 12 гр ам м ах – это иестьчисло частиц в м оле.
В оттеп ер ьм ож нодатьстр огоеоп р еделениеединицы м о ль:
       М оль– это количество вещества, содерж ащее столько ж е струк-
турн ы х элемен тов (атомов, молекул, ион ов, электрон ов, протон ов и
т.п.), сколько содерж ится атомов в 0,012 кг изотопауг лерода12 С .
       Э то и есть то оп р еделение, к отор ое п р инято в систем е единиц СИ ,
п р иводится без долж ных к ом м ентар иев в ш к ольном учебник е, к отор ое
ш к ольник и выучиваю т ивосп р оизводят наизусть, з ачастую совер ш енно не
п оним ая его см ысла. И еслисп р осить не эк з ам ене: “А ск ольк о ж е все-так и
частиц в м оле?”, то м ногиезатр удняю тся сответом , им ож ноуслыш атьчто-
нибудь, вр оде“А вотстольк о, ск ольк о...”).
       Д ействительно, осталось уз нать, ск ольк о ж е атом ов С насам ом -то деле
содер ж ится в 12 гр ам м ах углер ода(в 1 м олеего). Д ля этого, очевидно, надо
р азделить м ассу м оля (0,012 к г в основных единицах СИ ) нам ассу одного
атом ауглер ода(19,92.10-27 к г):

10
     «И р ония судьбы» з десьз ак лю чается в том , чтоmoles п о-латыниоз начает«м асса» .