В начале XIX в. английский физик и химик Джон Дальтон опубликовал таблицу атомных масс для двадцати элементов, в которой каждому элементу ставилась в соответствие его относительная масса по отношению к массе атома водорода. Таким образом, масса атома водорода в таблице Дальтона принималась равной 1. Некоторые вещества в таблице Дальтона элементами не являлись (например, известь). Но идея составления таблицы была правильной: каждому элементу приписать число, равное его относительной массе (по отношению к другому элементу, одинаковому для всех).
До 1961 г. в качестве такого другого элемента использовался изотоп кислорода O16. Затем вместо кислорода стали использовать изотоп углерода C12.
Логичным продолжением подхода Дальтона было определение моля. В настоящее время оно формулируется так: моль - это количество вещества, содержащее столько же атомов (или молекул), сколько содержится в 12 граммах углерода С12 (один из изотопов углерода). Из определения моля следует, что:
- моль углерода С12 равен 12 г;
- один моль любого вещества содержит одно и то же число молекул (это число было названо числом Авогадро). Число Авогадро (постоянная Авогадро) приблизительно равно 6,02·1023 моль-1.
Моль входит в число семи основных единиц Международной системы единиц Си.
Масса одного моля вещества называется молярной массой. Молярная масса углерода С12 равна 12. Молярные массы остальных элементов можно найти в таблице Менделеева (число в правом вернем углу ячейки таблицы). Например, находим из таблицы молярные массы инертных газов гелия (He) 4 г/моль, аргона (Ar) 40 г/моль. А молярная масса, например, меди (Cu, читается “купрум”) равна 64 г/моль.
Измеряется молярная масса в г/моль (в системе Си в кг/моль). Часто молярная масса обозначается буквой M.
1/12 массы атома углерода С12 называется атомной единицей массы (а.е.м).
Рассмотрим, как узнать молярную массу вещества.
Если молекула вещества состоит из нескольких атомов, то нужно просуммировать молярные массы всех элементов, образующих данную молекулу.
Задачи на вычисление молярной массы являются составной частью многих задач химии.
Пример.
1) Найдем молярную массу сульфата натрия Na2SO4.
Из таблицы Менделеева находим молярную массу натрия (Na) - 23, серы (S) - 32, кислорода (O) - 16. Тогда молярная масса Na2SO4 равна
23·2 + 32 + 16·4 = 142 г/моль.
Полученный результат означает, что 142 г сульфата натрия содержат 6,02·1023 молекул. Отсюда получаем, что одна молекула Na2SO4 имеет массу 142/(6,02·1023) = 23,6·10-23 г.
Решим обратную задачу нахождения массы заданного числа молей.
Пример.
Найдем массу 0,75 молей азота N2 и 0,5 молей кислорода O2.
Молярная масса азота M(N2) = 2M(N), M(N2) = 2·14 = 28 г/моль.
Масса 0,75 молей азота равна 0,75·28 = 21 г.
Молярная масса кислорода M(O2) = 2M(O), M(O2) = 2·16 = 32 г/моль.
Масса 0,5 молей кислорода равна 0,5·32 = 16 г.
Для быстрого вычисления молярных масс можно использовать различные интернет-ресурсы:
- онлайн-калькулятор, например,
http://kakimenno.ru/obrazovanie-i-nauka/srednee-obrazovanie/2583-kak-nayti-molyarnuyu-massu.html
При использовании калькулятора нужно выбрать элементы, из которых состоит вещество, ввести их количество и нажать кнопку “Рассчитать”.
- таблицу молярных масс. Ее можно найти, например, на сайте
http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/molyarnaya-massa/tablica-molyarnyx-mass-veshhestv/
Также много видеоуроков по данной теме есть на различных тематических каналах YouTube.
Пользуясь онлайн-калькулятором, можно быстро вычислить молярные массы сложных органических и неорганических веществ. Например, быстро находим, что молярная масса сахарозы (бытовое название - сахар) С12H22O11 равна 342,303 г/моль (калькулятор вводит молекулярные массы элементов с точностью до тысячных).
Согласно закону Авогадро для идеальных газов, 1 моль любого идеального газа при нормальных условиях (температура 0° С и давление воздуха 105 Па) занимает объем 22,4 л (1 л = 1дм3).
Пример.
Найдем, какой объем занимает 1 г метана CH4.
Вычислим молярную массу метана:
12 + 4 = 16 г/моль.
1 г составляет 1/16 молей, которые занимают объем
22,4·1/16 = 1,4 л (1,4·10-3 м3).
Рассмотрим, как рассчитать молярную массу смеси газов. Пусть смесь состоит из n газов с массами m1, m2, ... , mn. Молярные массы газов равны соответственно M1, M2, ... , Mn. Тогда
M = (m1 + m2 + ... mn)/n = (M1·n1 + M2·n2 + ... + Mn·nn)/n .
Здесь n1, n2, ... , nn - количество молей соответствующего газа в смеси.
Окончательно получаем:
M = v1·M1 + v2·M2 + ... + vn·Mn,
где v1 = n1/n, ... , vn = nn/n - молярные доли соответствующих газов.
Пример.
Воздух представляет собой смесь газов: 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона, 0,04% углекислого газа, небольшое количество других газов. Будем учитывать только доли азота (0,78), кислорода (0,22). Тогда
M = 0,78·22 + 0,22·32 = 28,88 ~ 29 г/моль.
Поэтому при решении задач часто удобно рассматривать воздух как идеальный газ с молярной массой ~ 29 г/моль.