Моль і стала Авогадро

Моль — одиниця кількості речовини в СІ, що пов’язує мікроскопічну кількість частинок із масою, яку можна виміряти в лабораторії. Один моль містить точно 6,02214076 × 10²³ зазначених елементарних об’єктів. У розрахунку важливо назвати об’єкт: атом, молекулу, йон, електрон або формульну одиницю.

Ключове співвідношення: N = nN_A · n = m/M · N_A = 6,02214076 × 10²³ моль⁻¹

Наочна модель

1 mol6,022×10²³n = m/MСхема є концептуальною моделлю, а не рисунком у реальному масштабі.

Інтерактивна модель

Стала Авогадро визначена точно

N_A = 6,02214076 × 10²³ моль⁻¹ має в СІ точне значення. Співвідношення N = nN_A переводить кількість речовини n у число об’єктів N, а n = N/N_A виконує зворотне перетворення.

Моль не обов’язково означає молекули. Один моль кристалу NaCl — це один моль формульних одиниць NaCl, що містить один моль Na⁺ і один моль Cl⁻. Один моль He — один моль атомів гелію.

Від маси до кількості речовини

У лабораторії кількість речовини часто знаходять за формулою n = m/M, де m — маса зразка, а M — молярна маса. Якщо m виражено в грамах, зручно використовувати M у г·моль⁻¹, щоб одиниці скоротилися до молів.

18,015 г води за M(H₂O) ≈ 18,015 г·моль⁻¹ відповідає приблизно 1 молю молекул H₂O. У такій кількості міститься 2 молі атомів H і 1 моль атомів O.

Коефіцієнти рівняння задають мольні співвідношення

Коефіцієнти зрівняного рівняння задають співвідношення як кількості частинок, так і молів. У 2H₂ + O₂ → 2H₂O на два молі H₂ потрібен один моль O₂ і може утворитися два молі H₂O.

Коефіцієнти не слід плутати з нижніми індексами. Індекс ₂ у H₂ описує склад однієї молекули, а коефіцієнт 2 перед H₂ — кількість молекул або молів молекул.

Гази та розчини

Для ідеального газу кількість речовини пов’язана з тиском, об’ємом і температурою рівнянням PV = nRT. Фіксований «молярний об’єм» справедливий лише за конкретно вказаних температури й тиску.

Для розчинів використовують c = n/V. Якщо 0,250 моль речовини міститься в 0,500 л розчину, c = 0,500 моль·л⁻¹. Під час розбавлення кількість молів розчиненої речовини може залишатися сталою, хоча концентрація зменшується.

Точність і масштаб

N_A визначена точно, але виміряні маса та молярна маса можуть мати невизначеність. Велика кількість цифр на калькуляторі не робить результат точнішим за вихідні дані; значущі цифри мають відображати якість вимірювань.

Число Авогадро величезне: навіть 1 ммоль містить близько 6,022 × 10²⁰ об’єктів. Тому моль є практичним мостом між атомним масштабом і макроскопічною кількістю речовини в лабораторії.

Вправи

Вода

Скільки молів у 36,03 г води за M=18,015 г·моль⁻¹?

Розв’язання: n = 36,03/18,015 = 2,000 моль.

Кількість молекул

Скільки молекул у 0,500 моль CO₂?

Розв’язання: N = 0,500·6,02214076×10²³ ≈ 3,011×10²³ молекул.

NaCl

Що означає 1 моль NaCl з погляду йонів?

Розв’язання: Він містить 1 моль Na⁺ і 1 моль Cl⁻, тобто разом 2 молі йонів.