物質の量とは何かというテーマに関するメッセージ。一般化学入門

- モル。考慮の対象を特定しない限り、「物質量」という用語は使用されません。

物質の量
n (\表示スタイル\n), ν (\displaystyle \\nu )
寸法	N
単位
SI	モル
GHS	モル

応用

この物理量は、研究対象のプロセスを数値的に説明するために物質の微視的な構造を考慮する必要がある場合、たとえば化学で電気分解プロセスを研究する場合に、物質の巨視的な量を測定するために使用されます。または熱力学において、理想気体の状態方程式を記述する場合に使用されます。

物質の量はラテン語で表されます。 n (\表示スタイル n)(en) であり、ギリシャ文字で表すことはお勧めできません ν (\displaystyle \nu )(nu)、化学熱力学におけるこの文字は次のことを示します。 化学量論係数反応中の物質であり、定義上、反応生成物に対してはプラス、反応物に対してはマイナスとなります。しかし、学校のカリキュラムで広く使用されているのはギリシャ文字です。 ν (\displaystyle \nu )（ヌード）。

物質の質量に基づいて物質の量を計算するには、モル質量という概念を使用します。 n = m / M (\displaystyle n=m/M)ここで、m は物質の質量、M は物質のモル質量です。モル質量は、特定の物質のモルあたりの質量です。物質のモル質量は、この物質の分子量に 1 モル中の分子の数、つまりアボガドロ数を掛けることで得られます。分子量 (g/mol で測定) は、数値的には相対分子量と同じです。

アボガドロの法則によれば、気体物質の量はその体積に基づいて決定することもできます。 n (\表示スタイル n)= V / V m、ここで、V は通常の条件下でのガスの体積、V m は同じ条件下でのガスのモル体積で、22.4 l/mol に相当します。

したがって、有効な式は、基本的な計算と物質の量を組み合わせたものです。

n = m M = N NA = V V m (\displaystyle n=(\frac (m)(M))=(\frac (N)(N_(A)))=(\frac (V)(V_(m) )))

ノート

物質の量 （未定義） . 大百科事典ポリテクニック辞典(2004)。 2014 年 1 月 31 日に取得。
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、と。 119.
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5 B + 4 , 5 H 2 → B 5 H 9 , Δ H 298 ∘ = + 62 , 8 k J (\displaystyle (\mathsf (5B+4(,)5H_(2)\ (\xrightarrow ())\ B_(5)H_(9))),~\デルタ H_(298)^(\circ )=+62(,)8~\mathrm (kJ) )
いつ

構造単位とは、物質を構成するあらゆる粒子 (原子、分子、イオン、電子、またはその他の粒子) を指します。国際単位系 (SI) および GHS システムにおける物質の量を測定する単位はモルです。考慮の対象を特定しない限り、「物質量」という用語は使用されません。

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応用

物質の質量に基づいて物質の量を計算するには、モル質量の概念を使用します。 n = m / M (\displaystyle n=m/M)ここで、m は物質の質量、M は物質のモル質量です。モル質量は、特定の物質のモルあたりの質量です。物質のモル質量は次の積で求めることができます。

体内に含まれる物質の量は、その体内の分子（または原子）の数によって決まります。巨視的な物体の分子の数は非常に多いため、物体内の物質の量を決定するには、その中の分子の数を炭素同位体 \(~^(12)_6C 0.012 kg の原子の数と比較します) \)。

物質の量νは分子（原子）の数の比に等しい値 N与えられた体内の原子の数 N 0.012 kg の炭素同位体 \(~^(12)_6C\) 中の A:

\(~\nu = \frac(N)(N_A) . \qquad (2)\)

物質の量の SI 単位はモルです。 1モル- 0.012 kg の炭素同位体 \(~^(12)_6C\) に含まれる原子と同じ数の構造要素 (原子、分子、イオン) を含む物質の量。

物質1モル中の粒子の数をといいます。 アボガドロ定数.

\(~N_A = \frac(0.012)(m_(0C))= \frac(0.012)(1.995 \cdot 10^(-26))\) = 6.02·10 23 mol -1。 (3)

したがって、1 モルの物質には同じ数の粒子が含まれます。 N粒子。ミサ以来 メートル 0 粒子は物質ごとに異なるため、質量も異なります N粒子の A は物質ごとに異なります。

1モル取り込んだ物質の質量をといいます。 モル質量 M:

\(~M = m_0 N_A . \qquad (4)\)

モル質量の SI 単位は、キログラム/モル (kg/mol) です。

モル質量間 Μ および相対分子量 M r 次の関係があります。

\(~M = M_r \cdot 10^(-3) .\)

したがって、二酸化炭素の分子量は 44、モル質量は 44・10 -3 kg/mol です。

物質の質量とそのモル質量を知る M, 体内のモル数 (物質の量)\[~\nu = \frac(m)(M)\] を求めることができます。

次に式(2)より体内の粒子の数

\(~N = \nu N_A = \frac(m)(M) N_A .\)

モル質量とアボガドロ定数がわかれば、1 つの分子の質量を計算できます。

\(~m_0 = \frac(M)(N_A) = \frac(m)(N) .\)

文学

Aksenovich L. A. 中等学校の物理学：理論。タスク。テスト：教科書。一般教育を提供する機関に対する手当。環境、教育 / L. A. アクセノビッチ、N. N. ラキナ、K. S. ファリノ。エド。 K.S.ファリノ。 - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne、2004年。 - P. 124-125。

2.10.1. 原子および分子の相対質量および絶対質量の計算

原子と分子の相対質量は、D.I. によって表に示されているものを使用して決定されます。メンデレーエフの原子質量の値。同時に、教育目的で計算を実行する場合、元素の原子量の値は通常、整数に丸められます（原子量が35.5に等しいとみなされる塩素を除く）。

例 1. カルシウムの相対原子量 A r (Ca) = 40; 白金の相対原子量 A r (Pt) = 195。

分子の相対質量は、その物質の量を考慮して、特定の分子を構成する原子の相対原子質量の合計として計算されます。

例 2. 硫酸の相対モル質量:

M r (H 2 SO 4 ) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2 · 1 + 32 + 4· 16 = 98.

原子や分子の絶対質量は、物質 1 モルの質量をアボガドロ数で割ることによって求められます。

例 3. 1 つのカルシウム原子の質量を決定します。

解決。カルシウムの原子量は A r (Ca) = 40 g/mol です。 1 つのカルシウム原子の質量は次のようになります。

m(Ca)= A r (Ca) : N A =40: 6.02 · 10 23 = 6,64· 10～23歳

例 4. 硫酸 1 分子の質量を決定します。

解決。硫酸のモル質量は M r (H 2 SO 4) = 98 です。1 分子の質量 m (H 2 SO 4) は次と等しくなります。

m(H 2 SO 4) = M r (H 2 SO 4) : NA = 98:6.02 · 10 23 = 16,28· 10～23歳

2.10.2. 質量と体積の既知の値から物質の量の計算と原子および分子粒子の数の計算

物質の量は、グラムで表される質量を原子 (モル) 質量で割ることによって求められます。ゼロレベルの気体状態にある物質の量は、その体積を気体 1 モルの体積 (22.4 リットル) で割ることによって求められます。

例 5. 57.5 g の金属ナトリウムに含まれるナトリウム物質 n(Na) の量を測定します。

解決。ナトリウムの相対原子量は A r (Na) = 23 に等しくなります。金属ナトリウムの質量を原子量で割ることで、物質の量を求めます。

ｎ（Ｎａ）＝５７．５：２３＝２．５モル。

例6。通常の状態での窒素物質の体積の量を求めます。 5.6リットルです。

解決。窒素物質の量 n(N 2) その体積を 1 モルのガスの体積 (22.4 l) で割ることで次のことがわかります。

ｎ（Ｎ２）＝５．６：２２．４＝０．２５モル。

物質中の原子と分子の数は、原子と分子の物質量にアボガドロ数を掛けることで求められます。

例 7. 1 kg の水に含まれる分子の数を測定します。

解決。水分物質の量は、その質量 (1000 g) をそのモル質量 (18 g/mol) で割ることによって求めます。

n(H 2 O) = 1000:18 = 55.5 モル。

1000 gの水に含まれる分子の数は次のようになります。

N(H 2 O) = 55.5 · 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .

例 8. 1 リットルの酸素に含まれる原子の数 (n.s.) を求めます。

解決。通常の状態での体積が 1 リットルである酸素物質の量は、次のようになります。

n(O 2 ) = 1: 22.4 = 4.46 · 10 -2 モル

1 リットル中の酸素分子の数 (n.s.) は次のようになります。

N(O2) = 4.46 · 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .

26.9であることに注意してください。 · 周囲条件では、1 リットルの気体中に 10 22 個の分子が含まれます。酸素分子は二原子であるため、1 リットル中の酸素原子の数は 2 倍、つまり 2 倍になります。 5.38 · 10 22 .

2.10.3. 混合ガスの平均モル質量と体積分率の計算
その中に含まれるガス

ガス混合物の平均モル質量は、この混合物を構成するガスのモル質量とその体積分率に基づいて計算されます。

例 9. 空気中の窒素、酸素、アルゴンの含有量 (体積パーセント) がそれぞれ 78、21、1 であると仮定して、空気の平均モル質量を計算します。

解決。

M 空気 = 0.78 · M r (N 2)+0.21 · Mr(O2)+0.01 · M r (Ar)= 0.78 · 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96

または約 29 g/mol。

実施例１０ガス混合物は、番号１で測定して、１２リットルのＮＨ３、５リットルのＮ２、および３リットルのＨ２を含む。この混合物中のガスの体積分率とその平均モル質量を計算します。

解決。ガス混合物の総体積は V=12+5+3=20 リットルです。気体の体積分率 j は次のようになります。

φ(NH 3 )= 12:20=0.6; φ(N2)=5:20=0.25; φ(H2)=3:20=0.15。

平均モル質量は、この混合物を構成するガスの体積分率とその分子量に基づいて計算されます。

M=0.6 · M(NH3)+0.25 · M(N2)+0.15 · M(H2) = 0.6 · 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.

2.10.4. 化合物中の化学元素の質量分率の計算

化学元素の質量分率 ω は、ある物質の質量 m に対する、その物質に含まれるある元素 X の原子の質量の比として定義されます。質量分率は無次元量です。それは単位の分数で表されます。

ω(X) = m(X)/m(0<ω< 1);

またはパーセンテージとして

ω(X),%= 100 m(X)/m (0%<ω<100%),

ここで、ω(X) は化学元素 X の質量分率です。 m(X) – 化学元素 X の質量; mは物質の質量です。

例 11. 酸化マンガン (VII) 中のマンガンの質量分率を計算します。

解決。物質のモル質量は次のとおりです: M(Mn) = 55 g/mol、M(O) = 16 g/mol、M(Mn 2 O 7) = 2M(Mn) + 7M(O) = 222 g/mol 。したがって、物質量 1 モルの Mn 2 O 7 の質量は次のようになります。

m(Mn 2 O 7) = M(Mn 2 O 7) · n(Mn 2 O 7) = 222 · 1= 222g。

式 Mn 2 O 7 から、マンガン原子の物質量は酸化マンガン (VII) の物質量の 2 倍であることがわかります。手段、

n(Mn) = 2n(Mn 2 O 7) = 2 モル、

m(Mn)= n(Mn) · M(Mn) = 2 · 55 = 110 g。

したがって、酸化マンガン(VII)中のマンガンの質量分率は次のようになります。

ω(X)=m(Mn) : m(Mn 2 O 7) = 110:222 = 0.495 または 49.5%。

2.10.5。元素組成に基づいて化合物の式を確立する

物質の最も単純な化学式は、この物質の組成に含まれる元素の質量分率の既知の値に基づいて決定されます。

質量が m o g の物質 Na x P y O z のサンプルがあるとします。元素の原子の物質量、その質量または質量分率がどのように決定されるかを考えてみましょう。物質の既知の質量は既知です。物質の式は次の関係によって決まります。

x: y: z = N(Na) : N(P) : N(O)。

この比率は、各項をアボガドロ数で割っても変わりません。

x: y: z = N(Na)/NA A: N(P)/NA A: N(O)/NA = ν(Na) : ν(P) : ν(O).

したがって、物質の式を見つけるには、同じ質量の物質内の原子の物質量間の関係を知る必要があります。

x: y: z = m(Na)/M r (Na) : m(P)/M r (P) : m(O)/M r (O)。

最後の方程式の各項をサンプルの質量 m o で割ると、物質の組成を決定できる式が得られます。

x: y: z = ω(Na)/M r (Na) : ω(P)/M r (P) : ω(O)/M r (O)。

例 12. この物質は 85.71 wt. ％炭素および１４．２９重量％。 %水素。そのモル質量は 28 g/mol です。この物質の最も単純で本当の化学式を決定します。

解決。 C x H y 分子内の原子数の関係は、各元素の質量分率を原子質量で割ることによって求められます。

x:y = 85.71/12:14.29/1 = 7.14:14.29 = 1:2。

したがって、この物質の最も単純な式は CH 2 です。物質の最も単純な式は、その真の式と常に一致するとは限りません。この場合、式 CH2 は水素原子の価数に対応しません。本当の化学式を見つけるには、特定の物質のモル質量を知る必要があります。この例では、物質のモル質量は 28 g/mol です。 28 を 14 (式単位 CH 2 に対応する原子質量の合計) で割ると、分子内の原子数間の真の関係が得られます。

物質の真の式、C 2 H 4 - エチレンが得られます。

気体物質や蒸気のモル質量の代わりに、問題文では一部のガスや空気の密度が示される場合があります。

検討中のケースでは、空気中のガス密度は 0.9655 です。この値に基づいて、ガスのモル質量を求めることができます。

M = M 空気 · D 空気 = 29 · 0,9655 = 28.

この式において、M はガス C x H y のモル質量、M air は空気の平均モル質量、D air は空気中のガス C x H y の密度です。得られたモル質量値は、物質の真の式を決定するために使用されます。

問題文には、いずれかの元素の質量分率が示されていない可能性があります。これは、1 (100%) から他のすべての元素の質量分率を引くことによって求められます。

実施例１３．有機化合物は、３８．７１重量％の有機化合物を含有する。 % 炭素、51.61 wt. ％酸素および９．６８重量％。 %水素。酸素の蒸気密度が 1.9375 である場合、この物質の真の式を決定します。

解決。分子内の原子数の比率 C x H y O z を計算します。

x: y: z = 38.71/12: 9.68/1: 51.61/16 = 3.226: 9.68: 3.226= 1:3:1。

物質のモル質量 M は次のようになります。

M = M(O2) · D(O2) = 32 · 1,9375 = 62.

この物質の最も単純な式は CH 3 O です。この式単位の原子質量の合計は 12 + 3 + 16 = 31 になります。 62 を 31 で割ると、分子内の原子数の本当の比率が求められます。

x:y:z = 2:6:2。

したがって、この物質の真の式は C 2 H 6 O 2 です。この式は、二価アルコール - エチレングリコールの組成: CH 2 (OH) - CH 2 (OH) に相当します。

2.10.6。物質のモル質量の決定

物質のモル質量は、既知のモル質量を持つガス中の蒸気密度の値に基づいて決定できます。

例14。ある有機化合物の酸素に対する蒸気密度は1.8125です。この化合物のモル質量を決定します。

解決。未知の物質 M x のモル質量は、この物質 D の相対密度と物質 M のモル質量の積に等しく、そこから相対密度の値が決定されます。

M x = D · M = 1.8125 · 32 = 58,0.

モル質量値が判明している物質は、アセトン、プロピオンアルデヒド、アリルアルコールなどです。

気体のモル質量は、通常の状態でのモル体積を使用して計算できます。

例 15. 地上での 5.6 リットルのガスの質量。このガスのモル質量は 5.046 g です。

解決。ゼロにおける気体のモル体積は 22.4 リットルです。したがって、目的のガスのモル質量は次のとおりです。

M = 5.046 · 22,4/5,6 = 20,18.

必要なガスは Ne ネオンです。

クラペイロン・メンデレーエフ方程式は、通常以外の条件下で体積が与えられる気体のモル質量を計算するために使用されます。

例 16. 温度 40 ℃、圧力 200 kPa では、3.0 リットルのガスの質量は 6.0 g です。このガスのモル質量を求めます。

解決。既知の量をクラペイロン・メンデレーエフ方程式に代入すると、次の結果が得られます。

M = mRT/PV = 6.0 · 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.

問題のガスはアセチレン C 2 H 2 です。

実施例１７５．６リットル（ｎ．ｓ．）の炭化水素の燃焼により、４４．０ｇの二酸化炭素と２２．５ｇの水が生成された。酸素に対する炭化水素の相対密度は 1.8125 です。炭化水素の本当の化学式を決定します。

解決。炭化水素燃焼の反応式は次のように表すことができます。

C x H y + 0.5(2x+0.5y)O 2 = x CO 2 + 0.5y H 2 O。

炭化水素の量は５．６：２２．４＝０．２５モルである。反応の結果、二酸化炭素 1 モルと水素原子 2.5 モルを含む水 1.25 モルが生成します。物質１モルの炭化水素を燃焼させると、４モルの二酸化炭素と５モルの水が得られる。したがって、1 モルの炭化水素には 4 モルの炭素原子と 10 モルの水素原子が含まれます。炭化水素の化学式は C 4 H 10 です。この炭化水素のモル質量は M=4 です。 · 12+10=58。その相対酸素密度 D=58:32=1.8125 は、問題文で指定された値に対応しており、見つかった化学式が正しいことが確認されます。

化学反応を説明する場合、分子は質量に関係なく整数の倍数の量で相互作用するため、物質の量は質量よりも便利な量です。

たとえば、水素の燃焼反応 (2H 2 + O 2 → 2H 2 O) には、酸素の 2 倍の水素が必要です。この場合、反応に関与する水素の質量は酸素の質量の約 8 分の 1 です (水素の原子量は酸素の原子量の約 16 分の 1 であるため)。したがって、物質の量を使用すると、反応方程式の解釈が容易になります。反応する物質の量間の関係が方程式の係数に直接反映されます。

実際の実験では分子の数が大きすぎるため、計算に分子の数を直接使用するのは不便であるため、分子の数を「断片」として測定する代わりに、モル単位で測定します。 1 モル中の物質の実際の単位数は、アボガドロ数 (NA = 6.022 141 79(30) 10 23 mol −1) と呼ばれます (より正確には -1) アボガドロ定数数値とは異なり、この数量には測定単位があるためです)。

物質の量はラテン語の n (en) で表されますが、化学熱力学ではこの文字は反応における物質の化学量論係数を表すため、ギリシャ文字 (nu) で表すことはお勧めできません。定義では、反応生成物に対してはポジティブ、反応物質に対してはネガティブです。ただし、学校のカリキュラムで広く使用されているのはギリシャ文字 (nu) です。

物質の質量に基づいて物質の量を計算するには、モル質量の概念を使用します。ここで、m は物質の質量、M は物質のモル質量です。モル質量は、特定の物質のモルあたりの質量です。物質のモル質量は、この物質の分子量に 1 モル中の分子の数、つまりアボガドロ数を掛けることで得られます。分子量 (g/mol で測定) は、数値的には相対分子量と同じです。

アボガドロの法則によれば、ガス状物質の量はその体積に基づいて決定することもできます: = V / V m、ここで、V はガスの体積 (通常の条件下)、V m は N.U. でのガスのモル体積、 22.4リットル/モルに等しい。

したがって、有効な式は、基本的な計算と物質の量を組み合わせたものです。

ウィキメディア財団。

2010年。
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