В химической практике, имея дело с веществами, а не с отдельными атомами или молекулами, химики редко используют массы, измеряемые в атомных единицах. Масса порции реагирующих веществ или продуктов реакции чаще измеряется в граммах или в более крупных единицах.

Чтобы перейти от молекул к порциям веществ, воспользуемся единицей измерения, которая называется моль.

Химик и физик из Франции Жозеф Луи Гей-Люссак в 1808 году изучал интересную химическую реакцию, в которой в результате взаимодействия двух газов – хлороводорода и аммиака – получалось кристаллическое вещество – хлорид аммония.

HCl + NH3 →NH4Cl

Оказалось, что для реакции требуются одинаковые объемы хлороводорода и аммиака. Если одного из этих газов вначале будет больше, то по окончании реакции этот избыток оставался неиспользованным.

Гей-Люссак привел свои наблюдения в статье, но никаких выводов из них не сделал. Важные заключения через три года привел итальянский химик Амедео Авогадро. В 1811 году, в результате экспериментов и расчетов, Авогадро пришел к мысли, что равные объемы газов, находящихся при одинаковых условиях, содержат одно и то же число молекул.

Гипотеза Авогадро долго считалась спорной, поскольку не подтверждалась расчетами, основанными на ошибочном мнении о немолекулярном строении простых газообразных веществ. Однако в 1865 году австрийский физик и химик Иоганн Лошмидт предпринял попытку рассчитать число молекул газа в заданном объеме.

Когда гипотеза Авогадро была признана, ученые получили возможность правильно определять состав молекул химических соединений, рассчитывать атомные и молекулярные массы. Эти знания позволяли легко рассчитывать массовые соотношения веществ в химических реакциях. Пользоваться этими соотношения очень удобно: измеряя массу веществ в граммах, ученые как бы оперировали молекулами.

Количество вещества, численно равное относительной молекулярной массе, но выраженное в граммах, назвали грамм-молекулой или молем.

Слово «моль» придумал в начале XX века немецкий физико-химик, лауреат Нобелевской премии Вильгельм Оствальд. Слово происходит от слова «молекула».

Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.

Согласно Международной системе единиц СИ моль является единицей измерения особой физической величины – количества вещества. Под количеством вещества (обозначается греческой буквой ν) понимают число структурных единиц этого вещества (атомов, молекул и др.).

Самое важное заключается в том, что 1 моль любого вещества содержит одно и то же число молекул. Это число называется постоянной или числом Авогадро. Она обозначается символом NA. Постоянная Авогадро рассчитана давно и представляет собой очень большое число.

Если массу 1 моля углерода 12 г/моль разделить на массу 1 атома углерода 1,99ž10-23 г, то получится число, равное 6,02·1023. Поскольку это число обозначает количество частиц в 1 моле, единицы его пишут как 1/моль, моль-1 или обратный моль.

Чтобы как-то представить это число, скажем лишь, что оно больше, чем число стаканов воды, которое содержится в Мировом океане, а 6,02·1023 зёрен пшеницы имели бы массу порядка 2·1016 тонн.

Для сбора такого урожая потребовалось бы более 2 миллионов лет. Из примеров ясно: применение числа Авогадро для отсчета макротел бессмысленно. Главное его назначение – определение количества частиц (атомов и молекул) микромира и связь единиц микро и макромира.

Зная количество вещества, можно судить о числе частиц в определенной его порции и брать вещества для реакций в необходимых количествах. Таким образом, химики могут определять число атомов и молекул путём взвешивания порций веществ. Приведём примеры таких расчётов. Чтобы вычислить количество вещества, зная число частиц, используем формулу 2 где ν – количество вещества в молях, N – число частиц вещества, NА – постоянная Авогадро.

Задача.Какое количество вещества содержит 1,505·1023 молекул воды?

В химии редко используется такая величина как число частиц. Гораздо легче использовать величины, которые легко измерить. Такой величиной является масса вещества. Как же связаны между собой масса и количество вещества? Зная число молекул вещества в одном моле и массу одной молекулы, можно подсчитать массу одного моля вещества. Например, известно, что масса молекулы воды равна

2,992·10-23г. Умножив ее на постоянную Авогадро, 6,02·1023 обратных молей, мы получим

18 г/моль – массу одного моля воды или молярную массу воды.

Молярной массой называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль. Измеряется она в г/моль и обозначается латинской буквой М. Чтобы найти молярную массу вещества, нет необходимости проделывать столь сложные расчеты. Достаточно помнить, что молярная масса численно равна относительной молекулярной массе и имеет размерность г/моль.

Например, относительная молекулярная масса серной кислоты Н2SО4 равна 2·1+32+4·16=98, следовательно, молярная масса серной кислоты Н2SО4 равна 98 г/моль.

Молярную массу используют для перевода количества вещества в массу и наоборот. Для расчетов используют формулу: количество вещества ν равно отношению массы вещества m к молярной массе этого вещества М.

Решим задачу. Вычислить количество вещества азотной кислоты массой 75,6 г.

Если требуется найти массу, зная количество вещества, формулу преобразуют: масса вещества m равна произведению количества вещества ν на молярную массу этого вещества М.