§ 4. Колькасныя характарыстыкі рэчыва

Уласцівасці рэчываў, якія можна ацаніць колькасна, з дапамогай лічбаў, называюцца фізічнымі велічынямі.

Велічыні, якія характарызуюць масу часціц рэчыва (А_r, М_r, m_a) або ўтрыманне рэчыва ў сумесі (масавая доля ω(р-ва), аб’ёмная доля φ(р-ва)), мы разгледзелі ў папярэдніх параграфах. Некаторыя велічыні (аб’ём V, шчыльнасць ρ, маса m) падрабязна вывучаліся ў курсе фізікі.

У дадзеным параграфе больш дэталёва разгледзім асаблівасці адной з сямі асноўных фізічных велічынь Міжнароднай сістэмы адзінак СІ — колькасць рэчыва, таксама вядомай вам па папярэдніх гадах вывучэння хіміі і фізікі.

Колькасць рэчыва (хімічная колькасць)

Рэчывы ўдзельнічаюць у хімічных рэакцыях у пэўных колькасных суадносінах.

Каб вызначыць узаемасувязь колькасці часціц, якія ўзаемадзейнічаюць, з масай і аб’ёмам, увялі фізічную велічыню — колькасць рэчыва.

Колькасць рэчыва (хімічная колькасць) — гэта фізічная велічыня, роўная адносінам колькасці структурных адзінак, якія складаюць яго порцыю, да пастаяннай Авагадра.

Умоўнае абазначэнне колькасці рэчыва — n, адзінка велічыні — 1 моль. Колькасць рэчыва характарызуе лік любых канкрэтных часціц (атамаў, малекул, іонаў, формульных адзінак) у дадзенай порцыі.

Моль — гэта адзінка колькасці рэчыва (хімічнай колькасці).

1 моль — колькасць рэчыва, якая ўтрымлівае 6,02 ∙ 10²³ структурных адзінак рэчыва (атамаў, малекул, іонаў або формульных адзінак).

N_А = 6,02 · 10²³ моль^–1 — гэта фундаментальная фізічная канстанта, названая «пастаянная Авагадра». Менавіта столькі атамаў змяшчаецца ў порцыі вугляроду-12 масай 12 г. Столькі ж формульных адзінак знаходзіцца, напрыклад, у порцыі аксіду крэмнію(IV) масай 60 г, лікава роўнай яго адноснай формульнай масе.

Колькасць рэчыва ў нейкай порцыі можна разлічыць дзяленнем ліку ўсіх часціц на лік часціц, якія ўтрымліваюцца ў 1 моль рэчыва:

Такім чынам, уводзячы адзінку вымярэння 1 моль, пераходзім ад разгляду ўзаемадзеяння асобных часціц да разгляду ўзаемадзеяння порцый рэчываў.

Малярная маса

Выкарыстанне адзінкі вымярэння колькасці рэчыва дазваляе ўзважваць рэчыва пэўнымі порцыямі колькасцю 1 моль або некалькі моляў. Маса аднаго моля рэчыва лікава роўная малярнай масе М. Яе таксама можна разлічыць дзяленнем масы порцыі рэчыва m на яго хімічную колькасць (лік моляў):

Такім чынам, малярная маса — велічыня, роўная адносінам масы порцыі рэчыва да яго хімічнай колькасці.

Размернасць малярнай масы — кг/моль, але хімікі часта карыстаюцца дольнай адзінкай г/моль. Лікава малярная маса роўная адноснай малекулярнай (формульнай) масе. Справядлівая толькі колькасная роўнасць, паколькі гаворка ідзе пра розныя фізічныя велічыні. Малярная маса характарызуе порцыю рэчыва, якая змяшчае 6,02 ∙ 10²³ часціц, адносная малекулярная маса — адну часціцу (малекулу, формульную адзінку і інш.). Напрыклад, M_r(СО₂) = 44, значыць M(СО₂) = 44 г/моль. Малярная маса залежыць як ад колькаснага, так і ад якаснага саставу рэчыва (мал. 8).

Ведаючы неабходную для хімічнай рэакцыі колькасць рэчыва, лёгка разлічыць яго масу па формуле:

Так, напрыклад, для сінтэзу патрэбен аксід медзі(II) колькасцю 0,25 моль. Паколькі малярная маса M(CuO) = 80 г/моль, то маса яго порцыі складае: m(CuO) = M(CuO) ∙ n(CuO) = 0,25 моль ∙ 80 г/моль = 20 г, гэта значыць эксперыментатар павінен узважыць 20 г аксіду медзі(II).

Акрамя малярнай масы, кожнае рэчыва мае малярны аб’ём V_m, гэта значыць аб’ём рэчыва колькасцю 1 моль.

Малярны аб’ём газу V_m — велічыня, роўная адносінам аб’ёму дадзенай порцыі рэчыва V(Х) да яго хімічнай колькасці n(Х) у гэтай порцыі:

Малярны аб’ём цвёрдых рэчываў і вадкасцей залежыць ад іх шчыльнасці.

Малярны аб’ём вады, кіслаты, металу і солі розны, таму што іх шчыльнасці таксама адрозніваюцца (мал. 8). Малярны аб’ём рэчыва можна таксама разлічыць па вядомай формуле :

дзе ρ — шчыльнасць рэчыва.

Напрыклад, малярны аб’ём воцатнай кіслаты:

Разлічым малярны аб’ём двух адвольна выбраных газаў — азоту і метану (пры нармальных умовах):

Такім чынам, два адвольна выбраныя розныя газападобныя рэчывы — метан і азот — колькасцю 1 моль пры аднолькавых умовах займаюць адзін і той жа аб’ём. Гэта характэрна і для любых іншых газаў. Пры нармальных умовах малярны аб’ём газу V_m = 22,4 дм³/моль.

Нагадаем, што нармальныя ўмовы — гэта тэмпература 0 °С (273 K), ціск — 101,325 кПа.

Роўнасць аб’ёмаў розных газаў колькасцю 1 моль, якія вымяраюцца ў адных і тых жа ўмовах, тлумачыцца аднолькавым лікам малекул у выпадку абодвух газаў і адной і той жа адлегласцю паміж малекуламі. У газах, у адрозненне ад вадкіх і цвёрдых рэчываў, памеры малекул не аказваюць значнага ўплыву на малярны аб’ём.

Сістэматызуем найважнейшыя колькасныя характарыстыкі рэчываў і іх сумесей (табл. 3).

Табліца 3. Колькасныя характарыстыкі рэчыва, порцыі рэчыва і рэчыва ў сумесі

Колькасныя характарыстыкі рэчыва
Рэчыва			Порцыя рэчыва
Велічыня	Абазначэнне і адзінкі вымярэння		Велічыня	Абазначэнне і адзінкі вымярэння
Адносная малекулярная (формульная) маса	Mr	—	Маса	m	кг, г
Малярная маса	M	г/моль	Аб’ём	V	м3
Малярны аб’ём	Vm	дм3/моль	Колькасць рэчыва	n	моль
Шчыльнасць	ρ	кг/м3	Лік структурных адзінак (часціц)	N	—
Масавая доля элемента	ω	—; %
Рэчыва ў сумесі
Масавая доля рэчыва	ω	—; %	Малярная канцэнтрацыя рэчыва	с	моль/дм3
Аб’ёмная доля рэчыва	φ	—; %

Пытанні, заданні, задачы

1. Назавіце фізічныя велічыні, якія абазначаюцца сімваламі: N, N_A, V, V_m, m, ω, ρ.

2. Запішыце назвы фізічных велічынь, для вымярэння якіх прызначана лабараторнае абсталяванне, прадстаўленае на малюнку 9.

3. Разлічыце колькасць вуглякіслага газу (моль), якая змяшчае 1,505 · 10²³ малекул.

4. Вызначце, які аб’ём (н. у.) займае метан:

• а) колькасцю 1,5 моль;
• б) масай 24 кг.

5. Разлічыце адносную малекулярную (формульную) масу, малярную масу, лік структурных адзінак і аб’ём порцыі рэчыва масай 15 г, калі рэчывам з’яўляецца:

• а) воцатная кіслата (ρ(СН₃СООН) = 1,05 г/см³);
• б) алюміній (ρ(Al) = 2,7 г/см³);
• в) кісларод (н. у.);
• г) хлор (н. у.).

6. Разлічыце масу малекул О₂ і Н₂О ў а. а м., грамах, кілаграмах.

7. Вызначце масу сумесі, якая складаецца з 12 моль вадароду і 8 моль азоту.

8. Вызначце лік усіх атамаў у аксідзе крэмнію(IV) масай 3 г.

9. Разлічыце масу воцатнай кіслаты, якая змяшчае столькі ж атамаў, колькі іх знаходзіцца ў вуглякіслым газе масай 704 г?

10. Вызначце масавую долю вугляроду ў сумесі, якая складаецца з 3 моль вуглякіслага і 5 моль чаднага газу.

*Самакантроль

1. Да колькасных характарыстык рэчыва адносяць велічыні, якія пазначаюцца сімваламі:

• а) N;
• б) V_m;
• в) М;
• г) M_r.

2. Аб’ём вадкасці ў лабараторыі вызначаюць з дапамогай:

3. Маса і аб’ём (н. у.) порцыі кіслароду колькасцю 0,2 моль роўныя:

• а) 3,2 г;
• б) 6,4 г;
• в) 112 дм³;
• г) 4,48 дм³.

4. Колькасць звадкаванага азоту масай 1,4 г роўная:

• а) 39,2 моль;
• б) 19,6 моль;
• в) 0,1 моль;
• г) 0,05 моль.

5. Маса сумесі, якая ўтрымлівае кісларод О₂ і азон О₃ колькасцю 2 моль і 0,1 моль адпаведна, роўная:

• а) 168 г;
• б) 99,2 г;
• в) 68,8 г;
• г) 11,2 г.