Количество вещества. Молярные массы

Количество вещества измеряют в молях. Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов, др.), сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода ₆¹²С. Это число (количество) равно 6,02∙10²³ и называется постоянной Авогадро N_А. Таким образом моль – это такое количество вещества, которое содержит 6,02∙10²³ частиц.

Молярная масса – масса моля атомов, молекул, др., выраженная в граммах. Молярная масса имеет такое же численное значение, что и относительная масса и выражается в г/моль. Значение атомных масс всех элементов (Ar) приведены в таблице периодически элементов Д.И. Менделеева. Так атомная масса водорода Ar (Н) = 1,008 г/моль. А молярная масса молекул (М) рассчитывается как сума атомных масс все атомов, входящих в состав молекулы. Так, например, молярная масса молекулярного водорода (М) (Н₂) =(Ar) ∙2= 1,008∙2=2,016 г/моль.

Число молей вещества можно рассчитать как массу вещества, деленную на его молярную массу:

(1)

Молярный объем вещества.

Было установлено, что 1 моль любого вещества в газообразном состоянии при одинаковых условиях (давлении, температуре) занимает один и тот же объем.

При нормальных условиях (нормальное атмосферное давление P₀ =101,325 кПа, или 760 мм. рт. ст., нормальная температура Т₀= 273⁰К) молярный объем V_м равен 22,4 л. При других условиях объем можно вычислить используя формулу газового закона:

(2)

Таким образом число молей газа рассчитывается как объем газа V, деленный на молярный объем газа :

(3)

При химических взаимодействиях всегда соблюдаются три основных количественных закона.

Закон сохранения массы:

Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон сохранения энергии:

При любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы из одного вида энергии в другой.

Закон эквивалентов:

Вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам, или молярным массам эквивалентов.

Первые два закона не требуют комментариев, они отражают общий закон природы – закон сохранения.

Закон эквивалентов связан с понятиями химического эквивалента, молярной массы эквивалента, объемного эквивалента и вычислениями их по химическим формулам и реакциям.

Упрощено эквивалентом элемента Э можно назвать такое его количество, которое реагирует с одним молем атомов водорода, т. е с 1г атомов водорода или молем атомов кислорода, т. е. с 8 г атомов кислорода. Эквивалент Э выражается в молях. Молярные массы эквивалентов Мэ выражаются в г / моль.

Молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ вычисляются следующим образом.

1. Молярная масса эквивалентов Мэ простого вещества (элемента) равна его молярной массе атомов (Аr), деленной на валентность элемента (В) в данном соединении:

₍₄₎

2. Молярная масса эквивалентов оксида равна его молярной массе, деленной на произведение числа атомов элемента, образующего оксид, на валентность этого элемента в данном оксиде:

₍₅₎

3. Молярная масса эквивалентов кислоты равна ее молярной массе, делённой на основность кислоты, которую она проявляет в данной реакции, т. е. на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл:

(6)

4. Молярная масса эквивалентов гидроксида равна его молярной массе, деленной на число гидроксогрупп, участвующих в реакции:

(7)

5. Молярная масса эквивалентов соли равна ее молярной массе, деленной на произведение числа атомов метала на его валентность в данной соли:

₍₈₎

При решении многих количественных задач удобнее пользоваться следующими математическими записями закона эквивалентов:

(9)

где: m₁ и m₂ - массы реагирующих веществ,

Мэ₁ и Мэ₂ – молярные массы эквивалентов этих веществ

Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то математическое выражение закона эквивалентов принимает следующий вид:

(10)

где: V₂- объем газообразного вещества; Vэ₂ – эквивалентный объем этого газа, т.е. объем который занимает один моль эквивалентов данного газа при н. у.

Эквивалентный объем газа Vэ(н₂) при н.у. вычисляется исходя из следствия закона Авогадро: моль любого газа при н. у. занимает объём 22,4 л.

Так, например, у водорода молярная масса равна 2 г/моль, молярная масса эквивалентов атомов водорода -1г/моль

Отсюда: 2 г /моль– 22,4л;

1 г/моль – Vэ(Н₂).

₍₁₁₎

Молярная масса кислорода равна 32 г/моль, молярная масса эквивалентов атомов кислорода -8г/моль

Отсюда: 32 г /моль– 22,4л;

8 г/моль – Vэ(О₂).

₍₁₂₎

Молярная масса хлора равна 71 г/моль, молярная масса эквивалентов атомов хлора-35,5г/моль

Отсюда: 71 г /моль– 22,4л;

35,5 г/моль – Vэ(Сl₂).

₍₁₃₎

Величины эквивалентного объема газов являются постоянными (при н.у.), и могут быть использованы для решения задач.