КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА МАССА МОЛЕКУЛ. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА,

КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА
Учебник Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева и Н. Н. Сотского (Москва «Просвещение»
2005), стр. 155, параграф 59 МАССА МОЛЕКУЛ. КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, второй абзац
параграфа:
«Появляется новая величина – количество вещества. Будет трудновато, так как надо
усвоить три важных понятия, запомнить одно число и, по меньшей мере, три формулы…»
Прочтите, пожалуйста, параграф 59. Трудновато? Прочтите второй раз и третий. Если
приходится перечитывать по нескольку раз, то, вообще говоря, это явление обыденное. В
текстах по математике и физике очень высокая плотность информации, и читать их, как
художественную литературу, не удаётся. Но когда речь идёт о трёх важных понятиях, об
одном числе и трёх формулах?
Параграф 59 занимает почти три страницы. Проанализировав этот параграф, я записал
восемь замечаний.
Сконцентрируем наше внимание на определении понятия один моль (стр. 156,
третий абзац снизу):
«Один моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул
или атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.
Значит в 1 моль (так и записано: в 1 моль, а не в одном моле) любого вещества
содержится одно и то же количество атомов и молекул. Это число атомов … называют
постоянной Авогадро …».
Кому же понадобилось брать 0,012 кг азота, выяснять, что этот азот содержит 6,02∙
23
10 атомов, а потом принять решение впредь количество вещества, содержащее 6,02 ∙ 1023
атомов называть один моль?
Сейчас мы с Вами во всём разберёмся.
В конце параграфа 59 на странице 158 школьнику задаётся четыре вопроса. Читаем
последний вопрос:
«4. Попробуйте доказать, что молярная масса М связана с относительной
молекулярной массой соотношением
М ≈ 𝟏𝟎−𝟑 М𝒓 кг ∙ моль−𝟏».
Дорогие школьники! Прошу вас, не доказывайте ничего. Мы начнём с этого
соотношения. И я обещаю, что не будет нам «трудновато».
Ещё в девятнадцатом веке в науке произошёл грандиозный скачок. Учёные научились
сравнивать массы атомов различных веществ между собой. То есть, они узнали, что масса
атома водорода в 12 раз меньше массы атома азота и в 16 раз меньше массы атома
кислорода, и так далее.
Была составлена таблица относительных атомных масс Mr.
Относительной молекулярной массой вещества Mr называют отношение массы
молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода (1/12 массы атома углерода
близка к массе атома водорода).
После появления понятия относительная молекулярная масса вводится понятие один
моль.
О п р е д е л е н и е:
Один моль – это количество вещества численно равное его относительной атомной
массе в граммах. Масса одного моля называется молярной массой вещества.
Следовательно, соотношение М = 10-3Мr кг∙моль-1 является определением молярной
массы, и ничего доказывать не надо.
Теперь разберёмся, для чего же может пригодиться 1 моль.
В те же времена, когда я был школьником, теория идеального газа в школьной
программе заканчивалась законом, который утверждал, что для данной массы данного газа
pV
величина T является константой (p, V и T это давление газа его объём и абсолютная
температура соответственно). То есть, если мы возьмём 0,01 кг азота и будем его сжимать и
pV
разжимать, нагревать и остужать, то величина T изменяться при этом не будет. Но у 0,01 кг
другого газа эта величина будет совсем другая.
На этом изучение идеального газа в школе заканчивалось.
В университете на занятиях по физике я узнал очень интересную вещь. Оказывается,
если брать любой газ и его количество измерять в молях (а не в килограммах), то для одного
pV
моля газа величина T оказывается для всех газов одна и та же. Её назвали универсальной
газовой постоянной, обозначили буквой R и сформулировали закон состояния идеального
газа, который можно записать следующим образом: для любого идеального газа
pV
выполняется уравнение = νR, где 𝜈 -- количество газа в молях.
T
Совершенно очевидно, что количество вещества в молях равно количеству вещества в
килограммах m, деленному на молярную массу вещества М (массу одного моля):
m
𝜈= .
𝑀
Подведём итоги.
Мы знаем, что такое относительная молекулярная масса Mr, что такое молярная
масса М и что такое количество вещества в молях 𝜈. Причём эти три понятия (Mr, M, 𝜈) и
формула количества вещества в молях, выраженного через массу вещества и молярную
массу, введены в строгой логической последовательности.
Надеюсь, что «трудновато» пока не стало.
Далее можно строить свои рассуждения тремя путями.
Первый путь – мы научились измерять массу атома m0 (в учебнике в начале страницы
157 есть сведения об измерении массы атома по отклонению пучков ионов
электромагнитным полем). Причём достаточно определить массу атома одного вещества.
Массы атомов остальных веществ вычисляются по их относительным атомным массам.
В этом случае мы приобретаем возможность определить число Авогадро NA,
физическую величину, численно равную количеству атомов содержащихся в одном моле
этого вещества. Для этого молярную массу вещества надо разделить на массу одной
молекулы.
M
NA =
.
m0
Второй путь – мы определили число Авогадро NA. Есть сведения, что оно может быть
определено до определения массы атома. Тогда возникает возможность определить массу
атома вещества.
M
m0 = .
NA
Третий путь – мы определили массу атомов и число Авогадро независимо друг от
друга. Тогда следует заметить, что выполняется формула:
m0 × NA = M.
Появилось число Авогадро. Хочется надеяться, что и теперь «трудновато» не стало.
Нам осталось упомянуть ещё одну совершенно очевидную формулу. Если количество
вещества задать через количество молекул этого вещества N, то количество вещества в
молях определится как количество молекул вещества, делённое на количество молекул в
одном моле:
N
ν= .
NA
ОТДЕЛЬНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПОНЯТИЯ
КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА
Страница 157. Последний абзац.
«Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе.
Именно такое определение количества вещества даётся в учебнике химии».
До появления системы СИ о массе тоже говорили, как о количестве вещества. При
появлении системы СИ вдруг оказалось, что массу уже нельзя использовать, как
количественную характеристику вещества. Это неправильно. В начале параграфа 59
говорится: «Появляется новая величина – количество вещества».
Появилась не новая величина, а новая единица измерения количества вещества.
Введение новых единиц измерения приводит к изменению констант в формулах, а на
физический смысл величин новые единицы измерения повлиять не могут. Никто не может
помешать нам для измерения количества вещества наряду с количеством молей применять
объём вещества, массу вещества, количество молекул вещества.
Так бабушки торгуют ягодами на базаре. Одна измеряет количество ягод стаканами
(объём), другая – на весах (масса), третья – поштучно (сравни с количеством молекул), а
четвертая кучками по 10 ягод в каждой. Кучку можно считать прообразом одного моля, а
число 10 – прообразом числа Авогадро.
Тот факт, что массу боятся считать количеством вещества, привёл к большой путанице
в механике.