Taupe- un des les notions les plus importantes en chimie, c'est une sorte de lien pour le passage du micromonde des atomes et des molécules au macromonde ordinaire des grammes et des kilogrammes.

En chimie il faut souvent compter grandes quantités atomes et molécules. Pour un calcul rapide et efficace, il est d'usage d'utiliser la méthode de pesée. Mais il faut connaître le poids atomes individuels et des molécules. Afin de connaître la masse moléculaire, vous devez additionner la masse de tous les atomes inclus dans le composé.

Prenons une molécule d'eau H 2 O, composée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. Depuis tableau périodique Mendeleïev nous apprend qu'un atome d'hydrogène pèse 1,0079 amu. ; un atome d'oxygène - 15,999 amu. Maintenant, pour calculer la masse moléculaire de l’eau, nous devons additionner les masses atomiques des composants de la molécule d’eau :

H 2 O = 2 1,0079 + 1 15,999 = 18,015 amu

Par exemple, pour le sulfate d'ammonium masse moléculaire sera égal à :

Al 2 (SO 4) 3 = 2 26,982 + 3 32,066 + 12 15,999 = 315,168 amu.

Revenons encore à Vie courante, dans lequel nous avons l'habitude d'utiliser des concepts tels que paire, dix, douzaine, cent. Ce sont toutes des unités de mesure uniques. certains objets: une paire de chaussures, une douzaine d'œufs, une centaine de trombones. Une unité de mesure similaire en chimie est MOL.

La science moderne a déterminé le nombre avec une grande précision unités structurelles(molécules, atomes, ions...) contenus dans 1 mole d'une substance est 6,022 10 23 - constante d'Avogadro, ou Le numéro d'Avogadro.

Tout ce qui précède concernant la jetée fait référence au microcosme. Nous devons maintenant relier le concept de taupe au macrocosme quotidien.

Toute la nuance est que 12 grammes de l'isotope du carbone 12 C contiennent 6,022·10 23 atomes de carbone, soit exactement 1 mole. Ainsi, pour tout autre élément, une taupe s'exprime par le nombre de grammes égal à masse atomiqueélément. Pour composants chimiques Une mole s'exprime en nombre de grammes égal au poids moléculaire d'un composé.

Un peu plus tôt, nous avons découvert que le poids moléculaire de l'eau est de 18,015 amu. Compte tenu des connaissances acquises sur la taupe, on peut dire que la masse de 1 mole d'eau = 18,015 g (puisqu'une mole d'un composé est le nombre de grammes égal à son poids moléculaire). Autrement dit, on peut dire que 18,015 g d'eau contiennent 6,022 10 23 molécules de H 2 O, soit 1 mole d'eau = 1 mole d'oxygène + 2 moles d'hydrogène.

À partir de l’exemple ci-dessus, le lien entre le microcosme et le macrocosme à travers une taupe est clair :

• n - quantité de substance, mol ;
• N - nombre de particules ;
• N A - Nombre d'Avogadro, mol -1

Voici quelques-uns exemples pratiques la taupe utilise :

Tache 1: Combien de molécules d’eau y a-t-il dans 16,5 moles de H 2 O ?

Solution: 16,5 6,022 10 23 = 9,93 10 24 molécules.

Tâche n°2 : Combien y a-t-il de moles dans 100 grammes de H 2 O ?

Solution:(100 g/1)·(1 mol/18,015 g) = 5,56 mol.

Tâche n°3 : Combien de molécules contiennent 5 g de dioxyde de carbone ?

Solution:

1. Déterminer le poids moléculaire du CO 2 : CO 2 = 1 12,011 + 2 15,999 = 44,01 g/mol
2. Trouver le nombre de molécules : (5g/1)·(1mol/44,01g)·(6,022·10 23 /1mol) = 6,84·10 22 molécules de CO 2

Unité de masse atomique. Le numéro d'Avogadro

La matière est constituée de molécules. Par molécule, nous entendrons la plus petite particule de cette substance, en préservant Propriétés chimiques de cette substance.

Lecteur: Dans quelles unités la masse des molécules est-elle mesurée ?

Auteur: La masse d'une molécule peut être mesurée dans n'importe quelle unité de masse, par exemple en tonnes, mais comme les masses des molécules sont très petites : ~10-23 g, alors pour le confort introduit une unité spéciale - unité de masse atomique(a.e.m.).

Unité de masse atomiqueest appelée une valeur égale à la ème masse de l'atome de carbone 6 C 12.

La notation 6 C 12 signifie : un atome de carbone ayant une masse de 12 amu. et charge nucléaire – 6 charges élémentaires. De même, 92 U 235 est un atome d'uranium d'une masse de 235 amu. et la charge du noyau est de 92 charges élémentaires, 8 O 16 est un atome d'oxygène d'une masse de 16 amu et la charge du noyau est de 8 charges élémentaires, etc.

Lecteur: Pourquoi a-t-elle été choisie comme unité de masse atomique ? (mais non ou ) une partie de la masse d'un atome et spécifiquement du carbone, et non de l'oxygène ou du plutonium ?

Il a été établi expérimentalement que 1 g » 6,02×10 23 amu.

Le nombre indiquant combien de fois la masse de 1 g est supérieure à 1 amu est appelé Le numéro d'Avogadro:N A = 6,02×10 23.

D'ici

N A × (1 amu) = 1 g (5,1)

En négligeant la masse des électrons et la différence entre les masses d'un proton et d'un neutron, nous pouvons dire que le nombre d'Avogadro montre approximativement combien de protons (ou, ce qui est presque la même chose, d'atomes d'hydrogène) doivent être pris pour former une masse de 1 g (Fig. 5.1).

Taupe

La masse de la molécule, exprimée en unités atomiques la masse s'appelle poids moléculaire relatif .

Désigné M(r– de relatif – relatif), par exemple :

12h = 235h

Une partie d'une substance qui contient le même nombre de grammes d'une substance donnée que le nombre d'unités de masse atomique contenues dans une molécule d'une substance donnée est appelée prier(1 mole).

Par exemple : 1) poids moléculaire relatif de l'hydrogène H2 : donc 1 mole d'hydrogène a une masse de 2 g ;

2) poids moléculaire relatif gaz carbonique CO2 :

12 heures + 2×16 a.m.u. = 44 uma

par conséquent, 1 mole de CO 2 a une masse de 44 g.

Déclaration. Une mole de n'importe quelle substance contient le même nombre de molécules : N A = 6,02×10 23 pièces.

Preuve. Soit la masse moléculaire relative d'une substance M(matin) = M× (1 amu). Alors, selon la définition, 1 mole d'une substance donnée a une masse M(ré) = M×(1g). Laisser N est le nombre de molécules dans une mole, alors

N×(masse d'une molécule) = (masse d'une mole),

La taupe est l’unité de mesure de base du SI.

Commentaire. Une taupe peut être définie différemment : 1 taupe est N A = = 6,02×10 23 molécules de cette substance. Il est alors facile de comprendre que la masse de 1 mole est égale à M(G). En effet, une molécule a une masse M(a.u.m.), c'est-à-dire

(masse d'une molécule) = M× (1 amu),

(masse d'une mole) = N A ×(masse d'une molécule) =

= N Un × M× (1 amu) = .

La masse de 1 mole s'appelle masse molaire de cette substance.

Lecteur: Si tu prends la messe T une certaine substance masse molaire qui est égal à m, alors combien de moles cela fera-t-il ?

Souvenons-nous:

Lecteur: Dans quelles unités SI doit-on mesurer m ?

, [m] = kg/mol.

Par exemple, la masse molaire de l'hydrogène

Connaissant la quantité d'une substance en moles et le nombre d'Avogadro, il est très facile de calculer combien de molécules sont contenues dans cette substance. Multipliez simplement le nombre d'Avogadro par la quantité de substance.

N=NA *ν

Et si vous venez à la clinique pour faire des tests, par exemple de glycémie, en connaissant le nombre d’Avogadro, vous pouvez facilement compter le nombre de molécules de sucre dans votre sang. Eh bien, par exemple, l'analyse a montré 5 mol. Multiplions ce résultat par le nombre d'Avogadro et obtenons 3 010 000 000 000 000 000 000 000 de pièces. En regardant cette figure, on comprend clairement pourquoi ils ont arrêté de mesurer les molécules en morceaux et ont commencé à les mesurer en taupes.

Masse molaire (M).

Si la quantité d’une substance est inconnue, elle peut être trouvée en divisant la masse de la substance par sa masse molaire.

N=N UNE * m / M .

La seule question qui peut se poser ici est : « qu’est-ce que la masse molaire ? Non, ce n'est pas une masse de peintre, comme cela peut paraître !!! Masse molaire est la masse d'une mole d'une substance. Tout est simple ici, si une taupe contient des particules N A (ceux. égal au nombre Avogadro), puis en multipliant la masse d'une de ces particules m 0 par le nombre d'Avogadro, on obtient la masse molaire.

M=m 0 *N A .

Masse molaire est la masse d'une mole d'une substance.

Et c’est bien si c’est connu, mais et si ce n’est pas le cas ? Nous devrons calculer la masse d'une molécule m 0 . Mais ce n'est pas non plus un problème. Tu as seulement besoin de le savoir formule chimique et ayez le tableau périodique à portée de main.

Poids moléculaire relatif (Mr).

Si le nombre de molécules dans une substance est très grand, alors la masse d'une molécule m0, au contraire, est très petite. Par conséquent, pour faciliter les calculs, nous avons introduit masse moléculaire relative (Mr). Il s’agit du rapport entre la masse d’une molécule ou d’un atome d’une substance et 1/12 de la masse d’un atome de carbone. Mais ne vous laissez pas effrayer, pour les atomes, cela est indiqué dans le tableau périodique, et pour les molécules, cela est calculé comme la somme des masses moléculaires relatives de tous les atomes inclus dans la molécule. Le poids moléculaire relatif est mesuré en unités de masse atomique (a.u.m), en termes de kilogrammes 1 amu = 1,67 10 -27 kg. Sachant cela, nous pouvons facilement déterminer la masse d'une molécule en multipliant la masse moléculaire relative par 1,67 10 -27.

m 0 = M r *1,67*10 -27 .

Poids moléculaire relatif- le rapport de la masse d'une molécule ou d'un atome d'une substance à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

Relation entre la masse molaire et moléculaire.

Rappelons la formule pour trouver la masse molaire :

M=m 0 *N A .

Parce que m 0 = M r * 1,67 10 -27, on peut exprimer la masse molaire comme suit :

M=M r *N A *1,67 10 -27 .

Maintenant, si nous multiplions le nombre d'Avogadro N A par 1,67 10 -27, nous obtenons 10 -3, c'est-à-dire que pour connaître la masse molaire d'une substance, il suffit de multiplier sa masse moléculaire par 10 -3.

M=M r *10 -3

Mais ne vous précipitez pas pour faire tout cela en calculant le nombre de molécules. Si nous connaissons la masse d'une substance m, puis en la divisant par la masse de la molécule m 0, nous obtenons le nombre de molécules dans cette substance.

N = m / m 0

Bien entendu, compter les molécules est une tâche ingrate ; non seulement elles sont petites, mais elles sont également en mouvement constant. Au cas où vous vous perdriez, vous devrez recompter. Mais dans la science, comme dans l'armée, il existe un mot «doit», et c'est pourquoi même les atomes et les molécules étaient comptés...

Chaque écolier qui commence à étudier la chimie est confronté au concept de « taupe ». Avec plus notions complexes, tels que la concentration et la molarité du solvant, sont difficiles à comprendre sans savoir ce qu'est une taupe. Nous pouvons conclure que la taupe est l’un des concepts les plus importants en chimie. De nombreux problèmes ne peuvent être résolus sans déterminer le nombre de taupes.

Définition

Alors, qu’est-ce qu’une taupe en chimie ? L'explication est assez simple : il s'agit d'une unité dans laquelle est exprimée la quantité d'une substance, une des unités SI. La définition de ce qu'est une taupe en chimie peut être formulée ainsi : 1 mole équivaut aux particules structurales contenues dans 12 g de carbone 12.

Il a été constaté que 12 g de cet isotope contiennent un nombre d’atomes numériquement égal à la constante d’Avogadro.

Origine du concept

Après avoir un peu compris ce qu'est un grain de beauté en chimie à l'aide de définitions, passons à l'histoire de ce concept. Comme on le croit généralement, le terme « taupe » a été introduit par le chimiste allemand Wilhelm Oswald, qui a reçu prix Nobel en 1909. Le mot « taupe » vient évidemment du mot « molécule ».

Un fait intéressant est que l’hypothèse d’Avogadro selon laquelle, dans les mêmes conditions, les mêmes volumes de gaz différents contiennent la même quantité de substance, a été avancée bien avant Oswald, et la constante elle-même a été calculée par Avogadro en début XIX siècle. Autrement dit, même si le concept de « taupe » n'existait pas, l'idée même de la quantité de substance existait déjà.

Formules de base

La quantité de substance est trouvée différemment selon les données du problème. Il s'agit de la formule la plus courante, dans laquelle cette quantité est exprimée comme le rapport masse/masse molaire :

Il faut dire que la quantité d'une substance est une quantité additive. Autrement dit, afin de calculer la valeur de cette valeur pour un mélange, vous devez d'abord déterminer la quantité de substance pour chacun de ses éléments et les additionner.

Une autre formule est appliquée si le nombre de particules est connu :

Si le problème précise que le processus se produit lorsque conditions normales, vous pouvez utiliser la règle suivante: dans des conditions normales, tout gaz occupe un volume invariant - 22,4 litres. Vous pouvez alors utiliser l'expression suivante :

La quantité de substance est exprimée à partir de l'équation de Clapeyron :

Connaissance de ce qu'est une taupe en chimie et formules de base déterminer le nombre de moles d’une substance permet de résoudre de nombreux problèmes beaucoup plus rapidement. Si la quantité d'une substance est connue, la masse, le volume, la densité et d'autres paramètres peuvent être trouvés.

L'une des unités de base du Système international d'unités (SI) est L'unité de quantité d'une substance est la taupe.

Taupe – il s'agit de la quantité d'une substance qui contient autant d'unités structurelles d'une substance donnée (molécules, atomes, ions, etc.) qu'il y a d'atomes de carbone contenus dans 0,012 kg (12 g) d'un isotope du carbone 12 AVEC .

Considérant que la valeur de la masse atomique absolue du carbone est égale à m(C) = 1,99 10  26 kg, le nombre d'atomes de carbone peut être calculé N UN, contenu dans 0,012 kg de carbone.

Une mole de n'importe quelle substance contient le même nombre de particules de cette substance (unités structurelles). Le nombre d'unités structurelles contenues dans une substance en quantité d'une mole est de 6,02 10 23 et s'appelle Le numéro d'Avogadro (N UN ).

Par exemple, une mole de cuivre contient 6,02 10 23 atomes de cuivre (Cu) et une mole d'hydrogène (H 2) contient 6,02 10 23 molécules d'hydrogène.

Masse molaire(M) est la masse d'une substance prise à raison de 1 mole.

La masse molaire est désignée par la lettre M et a la dimension [g/mol]. En physique, ils utilisent l'unité [kg/kmol].

En général valeur numérique La masse molaire d'une substance coïncide numériquement avec la valeur de sa masse moléculaire relative (atomique relative).

Par exemple, le poids moléculaire relatif de l’eau est :

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 a.m.u.

La masse molaire de l'eau a la même valeur, mais s'exprime en g/mol :

M (H 2 O) = 18 g/mole.

Ainsi, une mole d'eau contenant 6,02 10 23 molécules d'eau (respectivement 2 6,02 10 23 atomes d'hydrogène et 6,02 10 23 atomes d'oxygène) a une masse de 18 grammes. L'eau, avec une quantité de substance de 1 mole, contient 2 moles d'atomes d'hydrogène et une mole d'atomes d'oxygène.

1.3.4. La relation entre la masse d'une substance et sa quantité

Connaissant la masse d'une substance et sa formule chimique, et donc la valeur de sa masse molaire, vous pouvez déterminer la quantité de la substance et, à l'inverse, connaissant la quantité de la substance, vous pouvez déterminer sa masse. Pour de tels calculs, vous devez utiliser les formules :

où ν est la quantité de substance, [mol] ; m– masse de la substance, [g] ou [kg] ; M – masse molaire de la substance, [g/mol] ou [kg/kmol].

Par exemple, pour trouver la masse de sulfate de sodium (Na 2 SO 4) en quantité de 5 moles, on trouve :

1) la valeur de la masse moléculaire relative de Na 2 SO 4, qui est la somme des valeurs arrondies des masses atomiques relatives :

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) une valeur numériquement égale de la masse molaire de la substance :

M(Na2SO4) = 142 g/mole,

3) et enfin la masse de 5 moles de sulfate de sodium :

m = νM = 5 moles · 142 g/mol = 710 g.

Réponse : 710.

1.3.5. La relation entre le volume d'une substance et sa quantité

Dans des conditions normales (n.s.), c'est-à-dire à pression R. , égal à 101325 Pa (760 mm Hg), et température T, égal à 273,15 K (0 С), une mole de gaz et de vapeurs différents occupe le même volume égal à 22,4 litres.

Le volume occupé par 1 mole de gaz ou de vapeur au niveau du sol est appelé volume molairegaz et a la dimension d’un litre par mole.

Vmol = 22,4 l/mol.

Connaître la quantité substance gazeuse (ν ) Et valeur du volume molaire (V mol) vous pouvez calculer son volume (V) dans des conditions normales :

V = ν V mol,

où ν est la quantité de substance [mol] ; V – volume de substance gazeuse [l] ; Vmol = 22,4 l/mol.

Et inversement, connaître le volume ( V) d'une substance gazeuse dans des conditions normales, sa quantité (ν) peut être calculée :