Атомы и молекулы невероятно малы. В одной капле воды их столько, что если считать по одной штуке в секунду, не хватит и миллиардов жизней. Работать с такими числами напрямую невозможно, поэтому химики придумали удобную «упаковку» — как в магазине. Ты же не просишь «600 отдельных яиц», ты берёшь десяток.
Моль — это единица количества вещества: порция, в которой всегда одно и то же число частиц — примерно 6,02×10²³ штук. Это число называют числом Авогадро. Сравни размеры «упаковок»:
Разница только в размере упаковки. Моль такой огромный, потому что частицы крошечные. Запись «×10²³» означает, что запятую сдвигают на 23 знака вправо: получается 602 и ещё 21 ноль — число из 24 цифр.
Всегда уточняй, о каких частицах речь: 1 моль воды — это 6,02×10²³ молекул воды, а 1 моль железа — 6,02×10²³ атомов железа. Число одно и то же, частицы разные — как дюжина яблок и дюжина карандашей: количество одинаковое, предметы разные.
Считать частицы штуками мы не можем, зато можем их взвесить. Молярная масса — это масса одного моля вещества. Её обозначают буквой M и измеряют в граммах на моль (г/моль).
Самое приятное: молярная масса численно равна относительной молекулярной массе. А её ты находишь, просто складывая относительные атомные массы всех атомов из формулы — они берутся из таблицы Менделеева.
Посчитаем для воды H₂O:
Значит, M(H₂O) = 18 г/моль — отсюда знаменитый факт: 1 моль воды весит 18 граммов.
Количество вещества (число молей) обозначают буквой n. Массу, молярную массу и количество вещества связывает главная рабочая формула темы:
Словами: число молей n равно массе вещества m (в граммах), делённой на молярную массу M (в граммах на моль). Формулу легко развернуть в любую сторону: m = n × M, а M = m / n. Достаточно закрыть пальцем то, что ищешь, и посмотреть, что осталось, — как в известном «треугольнике».
Дано: m = 36 г, M(H₂O) = 18 г/моль.
Решение: n = m / M = 36 / 18 = 2 моль.
Ответ: 2 моль молекул воды. Одна формула — и мы перешли от граммов, которые можно взвесить, к количеству невидимых молекул.
А сколько это штук? Число частиц N считают, умножая количество вещества на число Авогадро Nₐ:
Дано: n = 2 моль (из примера 1), Nₐ = 6,02×10²³.
Решение: N = 2 × 6,02×10²³ = 1,204×10²⁴ молекул.
Ответ: около 1,2×10²⁴ молекул — число из 25 цифр в двух глотках воды.
Моль — это мостик между привычным миром граммов и ложек и невидимым миром атомов.
У газов есть приятный бонус. При нормальных условиях (это 0 °C и обычное атмосферное давление) 1 моль любого газа занимает один и тот же объём — примерно 22,4 литра. Эту величину называют молярным объёмом и обозначают Vm.
Неважно, кислород это, углекислый газ или водород: молекулы газа расположены далеко друг от друга, и собственный размер молекул почти не влияет на общий объём. Отсюда рабочая формула для газов: