10 класс
§ 38. Общие характеристики молекул
Масса молекулы.
Для характеристики микроскопических состояний системы необходимо ввести определённые микроскопические параметры вещества. В § 37. "Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытные обоснования" мы выяснили, что в 1 г воды содержится примерно 3,7 ∙ 1022 молекул. Следовательно, масса одной молекулы m0 воды равна
Массы такого же порядка имеют и молекулы других веществ, исключая огромные молекулы органических соединений. Например, масса молекулы гемоглобина превышает массу молекулы воды в несколько десятков тысяч раз.
Относительная молекулярная масса.
Так как массы молекул очень малы, удобно использовать не абсолютные значения масс, а относительные. По международному соглашению, принятому в 1961 г., массы всех молекул сравнивают с 1 / 12 массы атома углерода 1 (так называемая углеродная шкала атомных масс).
1 Точнее, с 1 / 12 массы атома наиболее распространённого изотопа углерода 12 6 C.
Главная причина выбора такой шкалы состоит в том, что углерод входит в огромное число различных органических соединений. Этот выбор позволяет очень точно сравнивать массы атомов тяжёлых элементов с массой атома углерода. Множитель 1 / 12 введён для того, чтобы относительные массы атомов были близки к целым числам. Относительная масса атома углерода точно равна 12, а атома водорода — примерно 1.
Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества Mr называют отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1 / 12 массы атома углерода moc.
Количество вещества.
Чем больше атомов или молекул в макроскопическом теле, тем, очевидно, больше вещества содержится в нём. Число молекул в макроскопических телах огромно, поэтому удобно указывать не абсолютное число атомов, а относительное. Принято сравнивать число молекул или атомов в данном теле с числом атомов, содержащихся в углероде массой 12 г.
Относительное число атомов или молекул в теле характеризуется физической величиной, называемой количеством вещества.
Количеством вещества ѵ называют отношение числа молекул N в данном теле к числу атомов NA в 12 г углерода.
Зная количество вещества ѵ и число NA, можно с помощью формулы (2) определить число молекул N в веществе. Количество вещества выражают в молях. Моль — это количество вещества, содержащего столько же молекул, сколько атомов содержится в углероде массой 12 г. Если количество вещества равно, например, 2,5 моль, то это означает, что число молекул в теле в 2,5 раза превышает число атомов в 12 г углерода, т. е. N = 2,5NA.
Постоянная Авогадро.
Число молекул или атомов в одном моле вещества называют постоянной Авогадро в честь итальянского учёного Амедео Авогадро (1776—1856). Согласно определению моля, постоянная Авогадро одинакова для всех веществ. Она равна, в частности, числу атомов в одном моле углерода, т. е. в 12 г углерода. По современным данным масса атома углерода moc = 1,995 ∙ 10-23 г. Отсюда постоянная Авогадро равна
Наименование моль -1 указывает, что NA — число атомов любого вещества, взятого в количестве одного моля.
К настоящему времени разработаны методы определения постоянной Авогадро, не связанные с определением масс атомов. Все они приводят к одним и тем же результатам. Постоянная Авогадро играет важнейшую роль во всей молекулярной физике и является универсальной физической постоянной. Огромная величина постоянной Авогадро показывает, насколько малы микроскопические масштабы по сравнению с макроскопическими. Тело, обладающее количеством вещества 1 моль, имеет привычные для нас макроскопические размеры.
Молярная масса.
Наряду с относительной молекулярной массой Mr, в физике и химии широко используется понятие молярной массы М.
Молярной массой называют массу вещества, взятого в количестве одного моля.
Согласно этому определению, молярная масса M равна произведению массы молекулы m0 па постоянную Авогадро NA.
Молярная масса связана с относительной молекулярной массой. Подставив в формулу (4) выражения m0 из (1) и NA из (3), получим:
Масса m произвольного количества вещества ѵ равна произведению массы молекулы этого вещества на число молекул в этом теле:
Для определения числа молекул N в теле в зависимости от его массы m и молярной массы M можно записать формулу:
Вопросы:
1. Что называют:
а) относительной молекулярной массой вещества;
б) количеством вещества;
в) молярной массой?
2. В чём состоит физический смысл постоянной Авогадро?
3. Как связаны между собой:
а) молярная масса и относительная молекулярная масса;
б) масса произвольного количества вещества и молярная масса?
4. Как можно определить массу одной молекулы, зная молярную массу?
Упражнения:
1. Кусочек парафина объёмом 1 мм3, брошенный в горячую воду, расплавился и образовал плёнку, площадь поверхности которой равна 1 м2. Оцените диаметр молекулы парафина, полагая, что толщина плёнки равна диаметру молекулы.
2. Расстояние между центрами соседних атомов золота равно 2,9 ∙ 10 -10 м. Сколько слоёв атомов содержится в листочке золота толщиной 0,1 мкм?
3. Какое количество вещества составляет 5,418 ∙ 1026 молекул?
4. Кусок алюминия и кусок железа содержат одинаковое количество вещества. Чему равна масса куска алюминия, если масса куска железа — 2 кг?
5. На изделие, площадь поверхности которого равна 20 см2, нанесён слой серебра толщиной 1 мкм. Сколько атомов серебра содержится в покрытии?
