Молярная масса

Идентичность вещества определяется не только типами атомов или ионов, которые оно содержит, но и количеством каждого типа атома или иона. Например, вода, H₂O и перекись водорода, H₂O₂, в том, что их соответствующие молекулы состоят из атомов водорода и кислорода. Однако, поскольку молекула перекиси водорода содержит два атома кислорода, в отличие от молекулы воды, которая имеет только один, эти два вещества обладают очень разными свойствами.

Атомы и молекулы очень малы. Поэтому для измерения их макроскопических сумм необходима стандартная научная единица. Моль представляет собой единицу количества, похожую на знакомые нам единицы, такие как пара, дюжина, увеличение количества и т. д. она обеспечивает конкретную меру количества атомов или молекул в образце вещества. Латинская коннотация слова “mole” – “крупная масса” или “массовая”, что соответствует его использованию в качестве названия для этой единицы. Моль обеспечивает связь между легко измеряемым макроскопическим свойством, массой объёма и чрезвычайно важным фундаментальным свойством, количеством атомов, молекул и так далее.

Моль вещества — это количество, в котором содержится 6.02214076 × 10²³ дискретных объектов (атомов или молекул). Это большое число округляется до 6.022 × 10²³ и является фундаментальной константой, известной как число Авогадро (N_А) или константа Авогадро в честь итальянского ученого Амедео Авогадро. Правильное прочтение этой константы – единица “на моль”.

В соответствии с определением в виде единицы количества, 1 моль любого элемента содержит такое же количество атомов, как 1 моль любого другого элемента. Массы 1 моля различных элементов, однако, отличаются, так как массы отдельных атомов существенно отличаются. Молярная масса элемента (или соединения) — масса в граммах 1 моля этого вещества, свойство, выраженное в граммах на моль (г/моль).

Молярная масса любого вещества численно эквивалентна его атомному весу в amu. Согласно определению amu, один атом углерода весит 12 amu (его атомная масса равна 12 аму). Моль углерода весит 12 г (12 г C = 1 моль C атомов = 6.022 × 10²³ C атомов), а молярная масса углерода составляет 12 г/моль. Это отношение относится ко всем элементам, поскольку их атомные массы измеряются относительно массы amu эталонного вещества, углерода, которая равна 12. Расширяя этот принцип, молярная масса вещества в граммах также численно эквивалентна его атомной массе в amu. Например, гелий имеет атомную массу 4.002 amu и молярную массу 4.002 г/моль.

В то время как атомная масса и молярная масса являются численно эквивалентными, имейте в виду, что они значительно отличаются по масштабам. Чтобы оценить, насколько велик моль, рассмотрим небольшую каплю воды весом около 0.03 г. Несмотря на то, что это составляет всего лишь малую часть 1 моля воды (~18 г), она содержит больше молекул воды, чем можно себе представить. Если бы молекулы распределялись равномерно среди примерно семи миллиардов человек на земле, каждый человек получил бы более 100 миллиардов молекул воды.

Моль определяет связь между массой и количеством атомов. Это позволяет рассчитать количество атомов на основе подходящих форм коэффициента преобразования: 1 моль атомов = 6.022 × 10²³ атомов. Для преобразования массы элемента (в граммах) и чилом молей в качестве коэффициента преобразования используется молярная масса элемента (г/моль).

Текст, адаптированный из Openstax Химия 2e, раздел 3.1: Концепция атомной массы и моля.