Глава 12.

В задания ЕГЭ по физике всегда включаются задачи, касающиеся основных принципов молекулярно-кинетической теории. Это задачи, связанные с молекулярной структурой газов, жидкостей и твердых тел, с определением температуры, с методами подсчета числа составляющих тело молекул. В этой главе собраны задачи, связанные с понятиями моля и температуры.

Молем вещества называется такое количество этого вещества, которое содержит приблизительно молекул, причем независимо от того, какое это вещество (точнее ). Приведенное выше число молекул в моле называется числом Авогадро и обозначается как . Как правило, при решении задач считают, что

Обратим внимание читателя на то, что моль — макроскопическое количество вещества (в переводе с латинского языка — языка средневековой науки — слово moles означает толпа).

Масса одного моля вещества называется молярной массой этого вещества. И поскольку массы молекул разных веществ — разные, а число молекул в моле разных веществ одинаковое, то молярные массы веществ различны. При этом отношение молярных масс двух веществ равно отношению масс их молекул. Поэтому массы молей пропорциональны массам молекул. Число Авогадро (12.1) было подобрано так, чтобы масса моля, выраженная в граммах, численно совпадала с массой молекулы, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.). Поэтому массы молей различных веществ легко найти из периодической системы химических элементов. Например, в таблице находим, что масса молекулы гелия — 4,0026 а.е.м., следовательно, масса моля гелия — 4,0026 4 г, масса двухатомной молекулы кислорода — 31,986 а.е.м., следовательно, масса моля кислорода — 31,986 32 г.

Необходимо также знать определение температуры. Температура тела — величина, пропорциональная средней кинетической энергии молекулы

где — средняя кинетическая энергия молекулы, — абсолютная температура (ее называют также температурой в шкале Кельвина), — постоянная, которая называется постоянной Больцмана. Из формулы (12.2) следует, что температура по шкале Кельвина не может быть отрицательна, ее минимальное значение (абсолютный нуль температуры) достигается, когда все молекулы имеют нулевые кинетические энергии. 1 градус шкалы Кельвина (или просто один Кельвин) совпадает с градусом более привычной в быту шкалы Цельсия, нуль которой определяется как температура плавления льда, а температура 100 отвечает температуре кипения воды при атмосферном давлении. Как показывает опыт, абсолютному нулю температуры отвечает температура . Важнейшее свойство температуры заключается в том, что при приведении тел в тепловой контакт их температуры через некоторое время выровняются и далее (в отсутствие теплообмена с окружающими телами) не будут изменяться. Рассмотрим теперь задачи.

В задаче 12.1.1 правильным ответом правильным ответом является ответ 3, поскольку число молекул в моле не зависит от того, какое это вещество, и равно числу Авогадро.

Поскольку массы молекул разных веществ — разные, одинаковые массы разных веществ содержат различные количества молекул. Найти эти количества можно, зная молярные массы и число Авогадро. Например, в задаче 12.1.2 можно провести такие рассуждения. Водород массой 1 г составляет половину моля, и, следовательно, содержит молекул. Кислород массой 1 г составляет 1/32 часть моля, и, следовательно, содержит молекул. Отсюда находим отношение числа молекул в 1 г водорода к числу молекул в 1 г кислорода: (ответ 1).

Согласно определению число молекул в моле одинаково для любого вещества, причем независимо от того, сколько атомов входят в состав одной молекулы этого вещества. Другими словами, это число не зависит от того, являются ли молекулы одно-, двух-, и т. д. атомными. Поэтому правильный ответ в задаче 12.1.3 — 4.

Поскольку число молекул в моле любого вещества равно числу Авогадро, то для молярной массы любого вещества справедливо соотношение: , где — масса одной молекулы. Отсюда находим в задаче 12.1.4, что (ответ 1).

Чтобы понять, сколько молей содержит та или иная масса вещества, нужно разделить эту массу на молярную массу данного вещества (или число содержащихся в ней молекул на число Авогадро). Поскольку молярная масса гелия равна 4 г/моль, то 10 г гелия в задаче 12.1.5 составляют 4/10 = 2,5 моль (ответ 1).

Для характеристики числа молекул в некоторой массе вещества принято использовать величину, которая называется количество вещества. Эта величина определяется как число молей, составляющих данную массу. Для нахождения количества вещества нужно разделить число молекул этой массы вещества на число Авогадро, (или саму массу на молярную массу данного вещества). Поскольку в задаче 12.1.6 газ в сосуде содержит молекул, то количество вещества газа составляет 0,5 моль (ответ 2).

Как указывалась во введении к настоящей главе, молярные массы веществ можно найти по периодической таблице элементов. Масса моля, выраженная в граммах, численно совпадает с массой молекулы, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.). Из приведенной в условии задачи 12.1.7 клетки таблицы, отвечающей рутению, находим массу молекулы рутения = 101,07 а.е.м. (второе число в клетке, которое для всех элементов является обязательно целым, представляет собой порядковый номер элемента). Поэтому для рутения находим: = 101,07 ≈ 101 г/моль (ответ 2).

Связь температуры и средней кинетической энергии молекул определяется формулой (12.2) (задача 12.1.8 – ответ 2).

Температурой плавления льда (и замерзания воды) является температура 0 . Поскольку нуль шкалы Кельвина (абсолютный нуль температуры) в шкале Цельсия составляет –273 (см. введение к настоящей главе), то температура плавления льда по абсолютной шкале равна 273 (задача 12.1.9 — ответ 3).

Изменением температуры тела в некотором процессе называется разность его конечной и начальной температур тела . Так как температуры в шкале Цельсия и Кельвина связаны «сдвигом»: , то разность температур в градусах Кельвина и в градусах Цельсия совпадает:

Другими словами, изменение температуры тела одинаково при задании температуры как в шкале Кельвина, так и в шкале Цельсия. Поэтому правильный ответ в задаче 12.1.10 — 2.

В задаче 12.2.1 нужно снова использовать определение количества вещества. Напоминаем, что количеством вещества называется число молей, составляющих данную порцию вещества. Отсюда находим количество вещества водорода моль и количество кислорода моль в сосудах. Поэтому (ответ 1).

Из периодической таблицы элементов имеем для масс атомов: = 1 а. е.м., = 14 а.е.м., = 16 а.е.м. (задача 12.2.2). Отсюда находим массу молекулы азотной кислоты

Поэтому = 63 г/моль (ответ 4).

Масса одной молекулы углерода = 12 а.е.м. А поскольку моль углерода содержит , то масса моля углерода равна а.е.м. (задача 12.2.3 – ответ 1).

Поскольку молярная масса — это характеристика вещества, то, находя эту величину, можно определить вещество. Например, в задаче 12.2.4 плотность газа (масса единицы объема) и концентрация молекул (число молекул в единице объема), очевидно, связаны друг с другом через массу одной молекулы . Умножая правую и левую часть этой формулы на число Авогадро и учитывая, что , получим = 4 г/моль. Поэтому неизвестный газ — гелий (ответ 2).

Используя определение температуры (12.2), получим для средней скорости молекул водорода в задаче 12.2.5

(ответ 3).

Из определения температуры (12. 2) следует, что при повышении температуры в 2 раза средняя скорость молекул увеличивается в раз (задача 12.2.6 – ответ 3).

При приведении газов в тепловой контакт их температуры выровняются (задача 12.2.7). Отсюда согласно определению температуры следует, что средние кинетические энергии молекул газов станут равными:

или (ответ 3).

Задача 12.2.8 аналогична предыдущей. Используя определение температуры (12.2) для каждого газа и учитывая, что независимо от того, сколько атомов входит в состав молекулы, в правую часть определения температуры (12.2) входит коэффициент 3/2, получим

где — средняя скорость молекул водорода, — средняя скорость молекул гелия. Поскольку масса молекулы гелия в два раза больше массы молекулы водорода, то

(ответ 2).

Поскольку моль любого вещества содержит одинаковое количество молекул, то для сравнения числа молекул воды и ртути в стакане (задача 12. 2.9) можно сравнить число молей. Число молей воды и ртути в стакане найдем из следующих цепочек формул. Воды:

Ртути:

где и — массы и плотности веществ, — молярные массы, — объем стакана. Сравнивая величины (1) и (2), заключаем

(здесь использованы плотности и молярные массы воды и ртути). Поэтому в стакане ртути больше молекул, чем в стакане воды (ответ 2), причем в 67/55 =1,2 раза.

Сначала обратим внимание читателя, что предложенные в задаче 12.2.10 значения температур и варианты ответов «подталкивают» к выбору ответа , поскольку конечная температура в 5 раз больше начальной. Тем не менее это неправильно, поскольку температуры заданы в градусах Цельсия, а в формулу (12.2), связывающую температуру и среднюю кинетическую энергию молекул, входит абсолютная температура. Поэтому

(ответ 4).

Атомы и Молекулы | Химия

связь: [email protected]

Что такое химия

​

Химический язык

Другого ничего в природе нет

ни здесь, ни там, в космических глубинах:

все — от песчинок малых до планет —

из элементов состоит единых.

С. П. Щипачев, «Читая Менделеева»

​

Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад высказал мысль о том, что все тела в природе состоят из мельчайших невидимых, непроницаемых, неделимых, вечно движущихся частиц – атомов. Слово “атом” в переводе означает “неделимый”. Позднее, в средние века, учение об атомах преследовалось религией, которая тормозила развитие науки в целом, и химии в частности.

Учение о молекулах и атомах было разработано в середине 18 века великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711 – 1765 гг.) Он утверждал, что тела в природе состоят из корпускл (молекул), в состав которых входят элементы (атомы). Многообразие веществ ученый прозорливо объяснял соединением разных атомов в молекулах и различным расположением атомов в них. Удивительно верной и смелой для того времени была мысль М. В. Ломоносова о том, что некоторые корпускулы (молекулы) могут состоять из одинаковых элементов (атомов). 

Термин «атом» предложил Дж. Дальтон в начале 19 века. Он назвал атомами мельчайшие частицы, не изменяющиеся в химических реакциях.

​

Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят вещества.

​

Атомно-молекулярное учение

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям.

1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).

2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).

3. Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.

4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ — из различных атомов. 

​

На сегодняшний день известно 118 видов атомов. Более 90 из них существуют в природе, а остальные получены искусственно.

​

Атомы характеризуются:

• определёнными очень малыми размерами;

• определённой, тоже очень малой, массой;

• определённым строением.

Размеры атомов настолько малы, что увидеть их невозможно даже в самый мощный микроскоп. Радиусы атомов составляют 0,046–0,25 нм (1 нм =  10−9 м). Самый маленький — атом гелия, а самый большой — франция.

Атомы редко встречаются в изолированном виде. Обычно они соединяются друг с другом в молекулы или более крупные структуры. Число вариантов соединения атомов практически бесконечно, и их относительно небольшое число приводит к образованию огромного количества разнообразных веществ.

​

Пример:

атомы кислорода образуют два вещества. Когда они соединяются попарно, то образуется кислород. ​Если же три атома кислорода образуют молекулу, то образуется озон.

​

Молекула — мельчайшая частица вещества, способная существовать самостоятельно, сохраняющая его состав и химические свойства.

​

Молекулы характеризуются качественным и количественным составом.

​

Качественный состав показывает, из каких атомов состоит молекула.

​

Пример:

молекулы воды и пероксида водорода состоят из атомов водорода и кислорода, а молекула углекислого газа — из атомов углерода и кислорода.

​

Количественный состав показывает, сколько атомов каждого вида содержится в молекуле.

​

Пример:

молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а молекула пероксида водорода — из двух атомов водорода и двух атомов кислорода. В молекулах может быть разное число атомов.

Химические формулы

Химическая формула — условная запись, отражающая качественный и количественный состав вещества.

Качественный состав показывают с помощью символов химических элементов, а количественный — с помощью индексов.

Индекс — цифра в химической формуле, которая ставится справа внизу от химического знака и обозначает число атомов данного элемента.

Обрати внимание!

Индекс «1» в химической формуле опускается.

Если в формуле записан знак химического элемента без индекса, значит, в частице вещества содержится один атом данного элемента.

Химические формулы веществ молекулярного строения показывают состав молекул. Это молекулярные формулы.

Пример:

O2 («о-два») — молекулярная формула кислорода. В молекуле кислорода содержатся два атома химического элемента кислорода.

He («гелий») — молекулярная формула инертного (благородного) газа гелия. Молекулы благородных газов одноатомные.

h3SO4 («аш-два-эс-о-четыре») — молекулярная формула серной кислоты.  Молекула серной кислоты содержит два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода.

Химические формулы веществ немолекулярного строения показывают простейшее соотношение числа атомов химических элементов в веществе. Такие формулы называют простейшими формулами.

Группа атомов, состав которой соответствует простейшей формуле вещества, называется формульной единицей.

Для простых веществ немолекулярного строения формульной единицей является атом, поэтому их формулы записывают просто знаками химических элементов без индексов.

Пример:

Cu («купрум»)— формула меди, которая показывает, что её формульной единицей является атом.

Fe2O3 («феррум-два-о-три») — простейшая формула оксида железа(III). В этом веществе на два атома железа приходится три атома кислорода.

Обрати внимание!

Повторяющиеся группы атомов в формуле заключают в скобки.

Пример:

Mg(OH)2 («магний-о-аш-дважды»)— в гидроксиде магния на один атом магния приходится два атома кислорода и два атома водорода.

Ca3(PO4)2 («кальций-три-пэ-о-четыре-дважды»)— в фосфате кальция на три атома кальция приходится два атома фосфора и восемь атомов кислорода.

В химических записях используются коэффициенты.

Коэффициент — цифра в химической записи, которая ставится перед формулой и показывает число отдельных атомов, молекул или формульных единиц.

Обрати внимание!

Коэффициент «1» не записывается.

Пример:

O — один атом кислорода.

3h3 — три молекулы водорода, каждая из которых состоит из двух атомов химического элемента водорода.

10h3SO4 — десять молекул серной кислоты, содержащих по два атома водорода, одному атому серы и по четыре атома кислорода.

2Mg(OH)2 — две формульные единицы гидроксида магния, состоящие из одного атома магния, двух атомов кислорода и двух атомов водорода.

екст. Нажмите, чтобы отредактировать и добавить что-нибудь интересное.

​

Простые и сложные вещества

​

По элементному составу различают:

​

 Простые вещества, состоят из атомов одного элемента (h3, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au).

​

 Сложные вещества, состоят из атомов разных элементов (h3O,Nh4, OF2, h3SO4, MgCl2,K2SO4).

​

Атомы химических элементов различаются своими массами. Масса атома обозначается символом ma и выражается в единицах массы кг или г.

Массы атомов малы. Так, масса атома водорода равна ma(H)=1,67⋅10−24 г, а масса атома углерода — ma(C)=19,94⋅10−24 г.

Использовать такие числа неудобно. Поэтому в химии применяется относительная атомная масса Ar.

Относительная атомная масса — это отношение массы атома к атомной единице массы.

За атомную единицу массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода.

Относительные атомные массы химических элементов приведены в периодической таблице. В расчётах обычно используют их значения, округлённые до целых. Исключение — Ar(Cl)= 35,5.

Для изучения химических элементов, разработано не мало приложений. Мы их протестировали и выбрали вот эти:

Тренажёр  №1 Химические элементы и Периодическая таблица — Тест (приложение для Android)

​

Тренажёр №2 Игра «Таблица Менделеева» ( можно играть в браузере)

Что такое химия

Атомы и молекулы

Атомы — это маленькие частицы, из которых состоит вещество. Невозможно даже представить себе, насколько они малы. Если сложить в цепочку сто миллионов атомов, у нас получится ниточка длиной всего лишь в 1 см. В тонком листе бумаги, наверное, не меньше миллиона слоев атомов. Науке известно более ста видов атомов; соединяясь друг с другом, они образуют все окружающие нас вещества.

Мысль о том, что всё в природе состоит из атомов, возникла давно. Еще 2500 лет назад древнегреческие философы полага­ли, что вещество состоит из таких частиц, которые нельзя разделить. Само слово «атом» восходит к греческому слову «атомос», что значит «неделимый». В Древней Греции (см. статью «Загадочные жители Греции«) философы обсуждали гипотезу о том, что всё вещество в мире состоит из неделимых частиц. Правда, Аристотель в этом сомневался.

Термин «атом» был впервые использован английским химиком Джоном Даль­тоном (1766- 1844). В 1807 г. Дальтон выдвинул свою атомную теорию. Атомами он назвал составляющие всякое вещество малые частицы, которые не изменяются входе химических реакций. Согласно Дальтону, химическая реакция — это процесс, при котором атомы соединяются вместе или отделяются друг от друга. Атомная теория Дальтона лежит в основе представлений современных ученых.

В начале нашего столетия ученые начали строить модели атомов. Эрнест Резерфорд (1871 — 1937) показал, что  отрицательно заряженные электроны обращаются вокруг положительно заряженного ядра. Нильс Бор (1885 — 1962) утверждал, что электроны обращаются по определенным орбитам. В 1932 г. Джеймс Чедвик (1891 — 1974) установил, что ядро атома состоит из частиц, которые он назвал протонами и нейтронами.

Атомы состоят из еще меньших, чем они сами, частиц, называемых элементарными. Центром атома является его ядро. Оно состоит из элементарных частиц двух видов — протонов и нейтронов. Есть в атоме также другие элементарные    частицы — электроны; они вращаются вокруг ядра.  Существует множество разных элементарных частиц. Ученые считают, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Элементарные частицы, входящие в состав атома, удерживают­ся вместе благодаря своим электрическим зарядам. Протоны заряжены  положительно,  а электроны — отрицательно. Нейтроны заряда не имеют, т.е. являются электрически нейтральными. Частицы, несущие противоположные электрические заряды, притягиваются друг к другу. Притяжение отрицательно заряженных электронов к положительно заряженным протонам, находящимся в атомном ядре, удерживает электроны на орбитах около этого ядра. В состав атома входит одинаковое число положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, и атом электрически нейтрален.
Электроны в атоме находятся на разных энергетических уровнях, или оболочках. Каждая оболочка состоит из определенно­го числа электронов. Когда очередная оболочка заполняется, новые электроны попа­дают на следующую оболочку. Большую часть объема атома занимает пустое пространство между элементарными частицами. Отрицательно заряженные электроны удерживаются на своих энергетических уровнях силой притяжения к положительно заряженным протонам ядра.

Строение атома часто описывают строгой диаграммой, однако сегодня ученые полагают, что электроны существуют на своих орбитах в размытом состоянии. Это представление отражено на рисунке, где электронные орбиты представлены в виде «облаков». Так вы бы увидели молекулу под электронным микроскопом. Равными цветами показаны разные уровни плотности электронов. Бирюзовым цветом отмечена область наибольшей плотности.

Атомный номер и атомная масса

Атомный номер — это число протонов в атомном ядре. Как правило, в состав атома входит одинаковое число протонов и электронов, поэтому по атомному номеру можно судить и о том, сколько в атоме электронов. В разных атомах содержится разное количество протонов. В ядре атома фосфора 15 протонов и 16 нейтронов, значит, его атомный номер 15. В ядре атома золота 79 протонов и 118 нейтронов: следовательно, атомный номер золота 79.

Чем больше протонов и нейтронов имеет атом, тем больше его масса (величина, показывающая количество вещества в составе атома). Сумму числа протонов и числа ней­тронов мы называем атомной массой. Атомная масса фосфора — 31. При исчислении атомной массы электроны в расчет не принимаются, так как  их масса ничтожно мала по сравнению с массой атома. Существует особый прибор — масс-спектрометр. Он позволяет определить для каждого данного атома его массу.

У большинства элементов существуют изотопы, атомы которых имеют несколько отличное строение. Количество протонов и электронов в атомах изотопов одного элемента всегда неизменно. Атомы изотопов различаются числом нейтронов в ядре. Следовательно, у всех изотопов одного элемента один и тот же атомный номер, но разная атомная масса. На этом рисунке вы видите три изотопа углерода. У изотопа С¹² есть 6 нейтронов и 6 протонов. С¹³ имеет 7 нейтронов. В ядре изотопа С¹² восемь нейтронов и 6 протонов.

Физические свойства изотопов различны,  но они обладают одинаковыми химическими свойствами. Обычно большая часть атомов элемента (вещества, состоящего из атомов одного вида) принадлежит к одному изотопу, а другие изотопы встречаются в меньших количествах.

Молекулы

Атомы редко встречаются и свободном состоянии. Как правило, они связываются друг с другом и образуют молекулы либо другие, более массивные структуры. Молекула — это мельчайшая частица вещества, которая может существовать самостоятельно. Она состоит из атомов, удерживающихся вместе при помощи связей. Например, у молекулы воды два атома водорода связанны с атомом кислорода. Атомы удерживаются вместе благодаря электрическим зарядам частиц, из которых они состоят. Описывая строение молекул, ученые прибегают к помощи моделей. Как правило, они пользуются структурными и пространственными моделями. Структурные модели представляют связи, удерживающие атомы вместе, в виде палочек. В пространственных моделях атомы плотно соединены друг с другом. Конечно, модель не похожа на настоящую молекулу. Модели строятся для того, что­бы показать, из каких атомов та или иная молекула состоит.

Химические формулы

Химическая формула вещества показывает, сколько атомов каких элементов входит в состав одной молекулы. Каждый атом обозначается символом. Как правило, в качестве символа выбирается первая буква английского, латинского или арабского названия элемента. Например, молекула углекислою газа состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода, поэтому формула угле­кислого газа СО₂. Двойка Атомы обозначает число атомов кислорода в молекуле.

Этот опыт продемонстрирует вам, что молекулы вещества удерживают­ся вместе силами притяжения. На­полните стакан водой до краев. Осторожно опустите в стакан несколько монет. Вы увидите, что над краями стакана приподнялся водяной купол. Сила, притягивающая молекулы воды друг к другу, может удержать некоторое количество воды над краями стакана. Эта сила называется силой поверхностного натяжения.

Химические формулы. Относительные атомная и молекулярная массы

Химические формулы. Относительные атомная и молекулярная массы

Урок посвящен изучению правил составления и чтения химических формул веществ. Вы узнаете, какую информацию дает химическая формула вещества и как на основании данных о массовых долях химических элементов составить химическую формулу. Из материалов урока вы узнаете, как и в чем измеряют массы молекул, как определить порции твердых и жидких веществ, имеющие равное число молекул. 

I. Химические формулы

 Химическая формула — это условная запись качественного и количественного состава   вещества при помощи химических знаков и индексов.

Индекс — это цифра в химической формуле, которая ставится внизу после химического знака и обозначает число атомов данного вида.

Качественный состав молекулы показывает какие виды атомов входят в состав вещества.
Количественный состав показывает сколько атомов определённого вида входит в состав молекулы вещества.

Числа стоящие перед химическими формулами или химическими знаками называются коэффициентами. Коэффициенты показывают число атомов или молекул определённого вида.

Что обозначают записи?

h3— это одна молекула водорода (аш-два), в её состав входят два атома водорода.

5O2 — это пять молекул кислорода (пять-о-два), в состав одной молекулы входят два атома кислорода.

6Fe — это шесть атомов железа (шесть-феррум).

3h3SO4 — это три молекулы серной кислоты (три-аш-два-эс-о-четыре), в состав одной молекулы серной кислоты входят два атома водорода, один атом серы, четыре атома кислорода.

II. Относительная атомная масса

Посмотрите презентацию:

Модель Дж. Дальтона и Й.Я. Берцелиуса

В на­ча­ле 19 в. (спу­стя 150 лет после работ Ро­бер­та Бойля) ан­глий­ский уче­ный Джон Даль­тон пред­ло­жил спо­соб опре­де­ле­ния массы ато­мов хи­ми­че­ских эле­мен­тов. Рас­смот­рим суть этого ме­то­да.

Даль­тон пред­ло­жил мо­дель, в со­от­вет­ствии с ко­то­рой в мо­ле­ку­лу слож­но­го ве­ще­ства вхо­дит толь­ко по од­но­му атому раз­лич­ных хи­ми­че­ских эле­мен­тов. На­при­мер, он счи­тал, что мо­ле­ку­ла воды со­сто­ит из 1 атома во­до­ро­да и 1 атома кис­ло­ро­да. В со­став про­стых ве­ществ по Даль­то­ну тоже вхо­дит толь­ко один атом хи­ми­че­ско­го эле­мен­та. Т.е. мо­ле­ку­ла кис­ло­ро­да долж­на со­сто­ять из од­но­го атома кис­ло­ро­да.

И тогда, зная мас­со­вые доли эле­мен­тов в ве­ще­стве, легко опре­де­лить во сколь­ко раз масса атома од­но­го эле­мен­та от­ли­ча­ет­ся от массы атома дру­го­го эле­мен­та. Таким об­ра­зом, Даль­тон счи­тал, что мас­со­вая доля эле­мен­та в ве­ще­стве опре­де­ля­ет­ся мас­сой его атома. 

Уче­ный за­ме­тил, что масса атома во­до­ро­да самая ма­лень­кая, т.к. нет слож­но­го ве­ще­ства, в ко­то­ром бы мас­со­вая доля во­до­ро­да была бы боль­ше мас­со­вой доли дру­го­го эле­мен­та. По­это­му он пред­ло­жил массы ато­мов эле­мен­тов срав­ни­вать с мас­сой атома во­до­ро­да. И таким путем вы­чис­лил пер­вые зна­че­ния от­но­си­тель­ных (от­но­си­тель­но атома во­до­ро­да) атом­ных масс хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

Атом­ная масса во­до­ро­да была при­ня­та за еди­ни­цу. А зна­че­ние от­но­си­тель­ной массы серы по­лу­чи­лось рав­ным 17. Но все по­лу­чен­ные зна­че­ния были либо при­бли­зи­тель­ны­ми, либо невер­ны­ми, т.к. тех­ни­ка экс­пе­ри­мен­та того вре­ме­ни была да­ле­ка от со­вер­шен­ства и уста­нов­ка Даль­то­на о со­ста­ве ве­ще­ства была невер­ной.

В 1807 – 1817 гг. швед­ский химик Йёнс Якоб Бер­це­ли­ус про­вел огром­ное ис­сле­до­ва­ние по уточ­не­нию от­но­си­тель­ных атом­ных масс эле­мен­тов. Ему уда­лось по­лу­чить ре­зуль­та­ты, близ­кие к со­вре­мен­ным.

Массы атомов очень малы.

Абсолютные массы некоторых атомов:

 m(C) =1,99268 ∙ 10-23 г

   m(H) =1,67375 ∙ 10-24 г

   m(O) =2,656812 ∙ 10-23 г

В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения.

Введена атомная единица массы (а.е.м.)

m(а.е.м.) = 1/12 m(12C) = 1,66057 ∙ 10-24 г.

· Ar(H) = m(атома) / m (а.е.м.) = 1,67375 ∙ 10-24 г/1,66057 ∙ 10-24 г = 1,0079 а.е.м.

Ar – показывает, во сколько раз данный атом тяжелее 1/12 части атома 12С, это безразмерная величина.

Относительная атомная масса — это 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.

Относительная атомная масса безразмерная величина

Например, относительная атомная масса атома кислорода равна 15,994 (используем значение из периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева). 
Записать это следует так, Ar(O) = 16. Всегда используем округлённое значение, исключение представляет относительная атомная масса атома хлора:

Ar(Cl) = 35,5

Связь между абсолютной и относительной массами атома представлена формулой: m(атома) = Ar ∙ 1,66 ∙ 10 -27 кг

III. Относительная молекулярная масса

В химии не ис­поль­зу­ют зна­че­ния аб­со­лют­ных масс мо­ле­кул, а поль­зу­ют­ся ве­ли­чи­ной от­но­си­тель­ная мо­ле­ку­ляр­ная масса. Она по­ка­зы­ва­ет, во сколь­ко раз масса мо­ле­ку­лы боль­ше 1/12 массы атома уг­ле­ро­да. Эту ве­ли­чи­ну обо­зна­ча­ют Mr.

От­но­си­тель­ная мо­ле­ку­ляр­ная масса равна сумме от­но­си­тель­ных атом­ных масс вхо­дя­щих в нее ато­мов. Вы­чис­лим от­но­си­тель­ную мо­ле­ку­ляр­ную массу воды.

Вы зна­е­те, что в со­став мо­ле­ку­лы воды вхо­дят два атома во­до­ро­да и один атом кис­ло­ро­да. Тогда ее от­но­си­тель­ная мо­ле­ку­ляр­ная масса будет равна сумме про­из­ве­де­ний от­но­си­тель­ной атом­ной массы каж­до­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та на число его ато­мов в мо­ле­ку­ле воды:

Посмотрите презентацию: “Вычисление относительной молекулярной массы серной кислоты”:

IV. Закрепление

Задание №1. Вычислите относительные молекулярные массы следующих веществ: NaOH, CuCl2, HNO3

Задание №2. Напишите, что обозначают следующие записи, в скобках указаны названия незнакомых веществ:

• 4S
• 7h3O
• 4O3 (озон)
• 2NaCl (поваренная соль)
• 3h3CO3 (угольная кислота)
• 6C12h32O11 (сахар)

№3. Тренажеры 
Тренажер 1
Тренажер 2
Тренажер 3
Тренажер 4

Молекулы.

Молекулы

Молекулы состоят из атомов. Атомы связаны в молекулы силами, которые называют химическими силами.

Существуют молекулы, состоящие из двух, трех, четырех атомов. Крупнейшие молекулы – молекулы белков – состоят из десятков и даже сотен тысяч атомов.

Царство молекул исключительно разнообразно. Уже сейчас химики выделили из природных веществ и создали в лабораториях миллионы веществ, построенных из разных молекул.

Свойства молекул определяются не только тем, сколько атомов того или иного сорта участвует в их постройке, но и тем, в каком порядке и в какой конфигурации они соединены. Молекула – это не груда кирпичей, а сложная архитектурная постройка, где каждый кирпич имеет свое место и своих вполне определенных соседей. Атомная постройка, образующая молекулу, может быть в большей или меньшей степени жесткой. Во всяком случае, каждый из атомов совершает колебание около своего положения равновесия. В некоторых же случаях одни части молекулы могут вращаться по отношению к другим частям, придавая свободной молекуле в процессе ее теплового движения различные и самые причудливые конфигурации.

Разберем подробнее взаимодействие атомов. На рис. 86 изображена кривая потенциальной энергии двухатомной молекулы. Она имеет характерный вид – сначала идет вниз, затем загибается, образуя «яму», и потом более медленно приближается к горизонтальной оси, по которой отложено расстояние между атомами.

Мы знаем, что устойчиво состояние, в котором потенциальная энергия имеет наименьшее значение. Когда атом входит в состав молекулы, он «сидит» в потенциальной яме, совершая небольшие тепловые колебания около положения равновесия.

Расстояние от вертикальной оси до дна ямы можно назвать равновесным. На этом расстоянии расположились бы атомы, если бы прекратилось тепловое движение.

Кривая потенциальной энергии рассказывает о всех деталях взаимодействия между атомами. Притягиваются или отталкиваются частицы на том или ином расстоянии, возрастает или убывает сила взаимодействия при отдалении или сближении частиц – все эти сведения можно получить из анализа кривой потенциальной энергии. Точки левее «дна» соответствуют отталкиванию. Напротив, участки кривой правее дна ямы характеризуют притяжение.

Важные сведения сообщает и крутизна кривой: чем круче идет кривая, тем больше сила.

Находясь на больших расстояниях, атомы притягиваются один к другому; эта сила весьма быстро уменьшается с увеличением расстояния между ними. При сближении сила притяжения возрастает и достигает наибольшего значения уже тогда, когда атомы подойдут один к другому очень близко. При еще большем сближении притяжение ослабевает и, наконец, на равновесном расстоянии сила взаимодействия обращается в нуль. При сближении атомов на расстояние, меньшее равновесного, возникают силы отталкивания, которые очень резко нарастают и быстро делают практически невозможным дальнейшее уменьшение расстояния.

Равновесные расстояния (ниже мы будем говорить короче – расстояния) между атомами различны для разных сортов атомов.

Для разных пар атомов различны не только расстояния от вертикальной оси до дна ямы, но и глубина ям.

Глубина ямы имеет простой смысл – чтобы выкатиться из ямы, нужна энергия, как раз равная глубине. Поэтому глубину ямы можно назвать энергией связи частиц.

Расстояния между атомами молекул столь малы, что для их измерения надо выбрать подходящие единицы, иначе пришлось бы выражать их значения, например, в таком виде: 0,000000012 см. Это цифра для молекулы кислорода.

Единицы, особенно удобные для описания атомного мира, называются ангстремами (правда, фамилия шведского ученого, именем которого названы эти единицы, правильно читается Онгстрем; для напоминания об этом над буквой А ставят кружок).

1 ? = 10^?8 см,

т.е. одной стомиллионной доле сантиметра.

Расстояния между атомами молекул лежат в пределах от 1 до 4 ангстрем. Написанное выше равновесное расстояние для кислорода равно 1,2 ?.

Межатомные расстояния, как вы видите, очень малы. Если опоясать земной шар веревкой у экватора, то длина «пояса» во столько же раз будет больше ширины вашей ладони, во сколько раз ширина ладони больше расстояния между атомами молекулы.

Для измерения энергии связи пользуются обычно калориями, но относят их не к одной молекуле, что дало бы, разумеется, ничтожную цифру, а к грамм-молекуле, т.е. к числу граммов, равному относительному молекулярному весу.

Ясно, что энергия связи на грамм-молекулу, если ее поделить на число Авогадро N = 6,023·10²³, даст энергию связи одной молекулы.

Энергия связи атомов в молекуле, как и межатомные расстояния, колеблется в незначительных пределах.

Для того же кислорода энергия связи равна 116 000 калорий на грамм-молекулу, для водорода – 103 000 калорий и т.д.

Мы уже говорили, что атомы в молекулах располагаются вполне определенным образом одни по отношению к другим, образуя в сложных случаях весьма замысловатые постройки.

Приведем несколько простых примеров. В молекуле СO₂ (углекислый газ) все три атома расположены в ряд – атом углерода посередине. Молекула воды Н₂O имеет уголковую форму, вершиной угла (он равен 105°) является атом кислорода.

В молекуле аммиака NH₃ атом азота находится в вершине трехгранной пирамиды; в молекуле метана СН₄ атом углерода находится в центре четырехгранной фигуры с равными сторонами, которая называется тетраэдром.

Атомы углерода бензола С₆Н₆ образуют правильный шестиугольник. Связи атомов углерода с водородом идут от всех вершин шестиугольника. Все атомы расположены в одной плоскости.

Схемы расположения центров атомов этих молекул показаны на рис. 87 и 88. Линии символизируют связи.

Прошла химическая реакция; были молекулы одного сорта, образовались другие. Одни связи порваны; другие созданы вновь. Для разрыва связей между атомами – вспомните рисунок – нужно затратить такую же работу, как при выкатывании шара из ямы. Напротив, при образовании новых связей энергия выделяется – шар скатывается в яму.

Что больше, работа разрыва или работа созидания? В природе мы сталкиваемся с реакциями обоих типов.

Излишек энергии называется тепловым эффектом, или короче – теплотой превращения (реакции). Тепловые эффекты реакций – это большей частью величины порядка десятков тысяч калорий при расчете на моль. Очень часто тепловой эффект включают в качестве слагаемого в формулу реакции.

Например, реакция сгорания углерода в виде графита, т.е. соединения его с кислородом, пишется так:

С + О₂ = СO₂ + 94 250 кал.

Это значит, что при соединении С с O₂ выделяется энергия 94 250 калорий.

Сумма внутренних энергий грамм-атома углерода в графите и грамм-молекулы кислорода равняется внутренней энергии грамм-молекулы углекислого газа плюс 94 250 калорий.

Таким образом, подобные записи имеют ясный смысл алгебраических равенств, записанных для величин внутренней энергии.

С помощью таких уравнений можно найти тепловые эффекты превращений, для которых не годятся по тем или иным причинам прямые способы измерения. Вот пример: если бы углерод (графит) соединить с водородом, то образовался бы газ ацетилен:

2С + Н₂ = С₂Н₂.

Реакция не идет таким путем. Тем не менее можно найти ее тепловой эффект. Запишем три известные реакции –

окисление углерода:

2С + 2О₂ = 2СО₂ + 188 000,

окисление водорода:

Н₂ + (1/2)О₂ = Н₂О + 68 000,

окисление ацетилена:

С₂Н₂ + (5/2)O₂ = 2СО₂ + Н₂О + 312 000.

Все эти равенства можно рассматривать как уравнения для энергий связи молекул. Если так, то ими можно оперировать как с алгебраическими равенствами. Вычитая из нижнего два верхних, получим:

2С + H₂ = С₂Н₂ ? 56 000.

Значит, интересующее нас превращение сопровождается поглощением 56 000 калорий на одну грамм-молекулу.

Количество атомов в капле воды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Эд Витц, Джон В. Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф и Адам Хан
• Цифровая библиотека химического образования (ChemEd DL)

Поскольку атомы и молекулы чрезвычайно малы, в любом макроскопическом образце их очень много. 15,9994 г кислорода, выраженного в молях: количество молекул воды, будет содержать, например, 6,022 × 10 ²³ атомов кислорода, а 2,016 г водорода, вступившего в реакцию с ним, будут содержать в два раза больше (12,044 × 10 ²³ ) атомов водорода. Очень большие числа, связанные с подсчетом микроскопических частиц, неудобно обдумывать или записывать. Поэтому химики выбрали для подсчета атомов и молекул единицу измерения, называемую моль. Один моль (сокращенно моль) составляет 6,022 × 10 ²³ микроскопических частиц, из которых состоит рассматриваемое вещество. Таким образом, 6,022 × 10 ²³ атомов O относятся к 1 моль O.

Идея использования большого числа в качестве единицы измерения количества имеющихся у нас объектов не является уникальной для химиков. Яйца, пончики и многое другое продается дюжинами — единицей из двенадцати штук. Предметы меньшего размера, такие как карандаши, можно заказать по 144 штуки, то есть оптом, а бумага упакована в пачки, каждая из которых содержит 500 листов. Химик, ссылающийся на 1 моль O, очень похож на управляющего книжным магазином, который заказывает 2,5 дюжины спортивных рубашек, 20 брутто карандашей или 62 пачки бумаги.

Однако существует разница в степени, потому что химическая единица 6,022 × 10 ²³ очень велика. Стопка бумаги, содержащая моль листов, простиралась бы более чем в миллион раз на расстояние от земли до солнца, а 6,022 × 10 ²³ песчинок покрыли бы всю землю в мире на глубину почти 2 фута. У студента может быть 10 ²⁷ молекул воды (около 10 ⁴ моль), и ему необходимо накопить около 10 ¹⁸ (десять миллионов миллионов миллионов, но только 0,00001 моль) молекул воды в секунду за 18 лет, чтобы достичь этого количества. Доказательство будет дано вскоре в разделе «Использование молярной массы воды». Очевидно, что в моле чего-либо содержится очень много частиц.

Почему химики выбрали такое необычное число, как 6,022 × 10 ²³ , в качестве единицы для подсчета количества атомов или молекул? Наверняка какое-нибудь красивое круглое число было бы легче запомнить. Ответ состоит в том, что число граммов в массе 1 моль атомов любого элемента равно атомному весу этого элемента . Например, 1 моль атомов кислорода не только содержит 6,022 × 10 ²³ атомов, но его массу 15,9994 г удобно получить, прибавив единицу грамм к таблице атомных весов. Некоторые другие примеры:

1 моль H содержит 6,022 × 10 ²³ атомов H; его масса 1,008 г.

1 моль C содержит 6,022 × 10 ²³ атомов C; его масса 12,01 г.

1 моль О содержит 6,022 × 10 ²³ атомов О; его масса 15,994 или 16,00 г.

1 моль Br содержит 6,022 × 10 ²³ атомов Br; его масса 79,90 г.

(Здесь и в последующих расчетах атомные массы округляются до двух знаков после запятой, если только, как в случае H, не останется менее четырех значащих цифр.)

Масса моля из молекул также может быть получена из атомных весов. Подобно тому, как в дюжине яиц будет дюжина белков и дюжина желтков, моль молекул CO будет содержать моль атомов C и моль атомов O.

Таким образом, масса моля СО равна

\[\text{Масса 1 моль C} + \text{масса 1 моль O} = \text{масса 1 моль CO}\nonumber\]

\[\text{12,01 г} + \text{16,00 г} = \text{28,01 г}\номер\]

Молекулярная масса CO (28,01), выраженная в граммах, представляет собой массу моля CO. Некоторые другие примеры:

Таблица \(\PageIndex{1}\) Молекулярные веса

Молекула	Молекулярный вес	Масса 1 моль молекул
Бр 2	2 (79,90) = 159,80	159,80 г
О 2	2(16. 00) = 32.00	32,00 г
Н 2 О	2(1,008) + 16 = 18,02	18,02 г
Н 2 О 2	2(1,008) + 2(16) = 34,016	34,016 г
HgBr 2	200,59 + 2(79,90) = 360,39	360,39 г

Важно указать, к какому типу частиц относится моль. Моль атомов О, например, содержит вдвое меньше атомов (и вдвое меньше массы), чем моль молекул О ₂ . Лучше не говорить о моле кислорода, не уточнив, имеете ли вы в виду 1 моль O или 1 моль O ₂ .

От ChemPRIME: 2.7: Крот

• Эд Витц (Университет Куцтауна), Джон В. Мур (UW-Мэдисон), Джастин Шорб (Колледж Хоуп), Ксавьер Прат-Ресина (Университет Миннесоты в Рочестере), Тим Вендорф и Адам Хан.

Эта страница под названием «Количество атомов в капле воды» распространяется по незаявленной лицензии, ее авторами, ремиксами и/или кураторами являются Эд Витц, Джон У. Мур, Джастин Шорб, Ксавьер Прат-Ресина, Тим Вендорф, и Адам Хан.

1. Вернуться к началу

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ХимПРАЙМ

2. Теги

   1. Образец

Сколько молекул и атомов в капле воды?

Эта запись была опубликована 12 марта 2020 г. автором Anne Helmenstine (обновлено 17 августа 2022 г. )

Вы когда-нибудь задумывались, сколько молекул или атомов содержится в капле воды? Это обычная проблема, которую решают учащиеся по химии, потому что она касается нескольких важных понятий, включая химические формулы, преобразование единиц измерения, объем, массу, плотность, использование периодической таблицы, моль и число Авогадро. Вот пошаговая инструкция по расчету.

1. Используйте химическую формулу воды, чтобы найти массу одного моля воды.
2. Используйте плотность воды, чтобы найти массу на единицу объема.
3. Умножьте массу на единицу объема на объем капли воды, чтобы найти массу на каплю.
4. Преобразуйте граммы в моли, чтобы получить моли воды на каплю.
5. Используйте число Авогадро, чтобы найти количество молекул воды в капле.
6. Умножьте количество молекул на количество атомов в каждой молекуле, чтобы найти количество атомов в капле воды.

Средний объем капли воды составляет 0,05 мл. В капле воды более 1,5 секстиллионов (10 ²¹ ) молекул и более 5 секстиллионов атомов в капле.

Насколько велика капля воды?

Определение объема капли воды — первая часть задачи. Капли воды резко различаются по размеру. Медицинское и научное сообщество обычно определяет средний объем капли воды как ровно 0,05 мл, что означает, что на миллилитр приходится 20 капель воды. Это хорошая отправная точка для расчета молекул и атомов в капле воды.

Химическая формула воды

Используйте химическую формулу воды для определения массы отдельной молекулы. Формула воды H ₂ O означает, что в каждой молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода. Каждая молекула воды содержит в общей сложности 3 атома.

Молярная масса воды

Найдите молярную массу воды. Сделайте это, найдя атомные массы водорода и кислорода в периодической таблице. Затем прибавьте массы атомов водорода и атомов кислорода в молекуле воды. Масса водорода 1,008 г/моль, а масса кислорода 16,00 г/моль. Масса одного моля воды:

масса воды = 2 x масса водорода + масса кислорода
масса воды = 2 x 1,008 + 16,00
масса воды = 18,016 г/моль

Масса одного моля воды составляет 18,016 грамма.

Плотность воды

Используйте плотность воды, чтобы найти массу воды на единицу объема. Значение плотности воды зависит от ее температуры (холодная вода более плотная, чем теплая), но типичное значение составляет 1,00 грамма на миллилитр (1 г/мл). Один миллилитр воды имеет массу 1 грамм, но капля воды имеет меньший объем, чем миллилитр. Умножьте массу единицы объема на объем капли, чтобы найти массу капли:

масса капли воды = 1 г/мл x 0,05 мл
масса капли воды = 0,05 грамма

Затем найдите количество молей воды в капле. Это базовое преобразование граммов в моли с использованием молярной массы воды:

моль в капле воды = 0,05 грамма x (1 моль / 18,016 грамма)
моль в капле воды = 0,002775 моль

Одна капля воды 0,002775 моль воды.

Использование числа Авогадро

Число Авогадро — это количество молекул в моле. Есть 6,022 х 10 ²³  молекул воды на моль воды. Используйте число Авогадро, чтобы найти количество молекул в капле воды. Умножьте число Авогадро на количество молей в капле воды:

молекул в капле воды = (6,022 x 10 ²³  молекул/моль) x 0,002275 молей
молекул в капле воды = 1,67 x 10 ²¹  молекул воды

В капле воды содержится 1,67 x 10 ²¹ или 1,67 секстиллиона молекул воды.

На одну молекулу воды приходится три атома. Найдите количество атомов в капле воды, умножив это количество молекул на 3.

атом в капле воды = 3 атома/молекула x 1,67 x 10 ²¹  молекул
атомов в капле воды = 5,01 x 10 ²¹ атомов

В капле воды 5,01 x 10 ²¹ или около 5 секстиллионов атомов.

Капли воды в океане

Вариант этой задачи состоит в том, чтобы определить, больше ли атомов в капле воды, чем капель воды в океане. Существуют разные оценки объема земных океанов, которые варьируются от 1,3 млрд км ³  и 1,5 км ³ . Геологическая служба США использует значение 1,338 миллиарда км ³ , что составляет 1,338 x 10 ²¹ литров морской воды.

Чтобы ответить на вопрос, разделите это число на объем капли, чтобы получить количество капель воды в море.

количество капель воды в океане = 1,338 x 10 ²¹ литров общего объема / 5,0 x 10 ^-5 литров на каплю
количество капель воды в океане = 2,676 x 10 ²⁶  капли

Поскольку 10 ²⁶ больше, чем 10 ²¹ , в океане больше капель воды, чем молекул или атомов в капле воды . Размер капли имеет значение, но в океане на 1000–100 000 капель воды больше, чем атомов в капле воды.

Ссылка

• Gleick, P.H. (28 августа 2006 г.). «Где вода Земли». Распределение воды на Земле . Геологическая служба США.

Сколько атомов в моей чашке чая?

Пришествие бума #1 – Глупый вопрос

Я и дня не протяну без хорошей чашки чая. Вы можете размышлять о тайнах вселенной, потягивая освежающую кружку комфорта. Но в этом пришествии давайте будем глупыми и зададим несколько глупых вопросов — первый из них: сколько атомов в моей чашке чая?

Ведение счета

Некоторые вещи действительно легко сосчитать. Сколько у тебя пальцев? Вы, вероятно, не можете сосчитать это по пальцам одной руки, но это все еще довольно просто.

Давайте немного усложним задачу: сколько у вас зубов?

Бьюсь об заклад, у вас странное выражение лица, когда вы пытаетесь провести языком по каждому зубу и вести счет.

Еще сложнее – сколько у тебя ресниц?

Невозможно сосчитать?

А вот эти:

• Сколько у тебя волос?
• Подсчитайте, сколько крупинок соли вы добавили в свой обед?
• Сколько капель воды вы выпиваете в день?

У нас закончились номера!

Рано или поздно числа становятся настолько большими, что вы не можете начать их считать. Есть несколько трюков, которые мы могли бы сделать — мы могли бы сказать, сколько граммов соли вы добавили в свой ужин или сколько стаканов воды вы выпиваете в день? Измерение вещей в правильных единицах помогает сделать эти вещи возможными. Некоторые приемы очень эффективны для измерения – отрежьте все волосы и посмотрите, сколько мешков они заполняют, – но они могут быть совершенно непрактичными!

Вернемся к атомам в нашей чашке чая

Как это оставляет нас с вопросом сколько атомов в моей чашке чая ? up…

Начнем с отдельных компонентов. Мы не можем просто сосчитать атомы, потому что они настолько крошечные, что мы не можем их увидеть — даже в самые мощные микроскопы, использующие свет, , потому что свет, используемый микроскопами, буквально больше, чем атомы… Было бы намного проще, если бы мы могли просто брать атомы и считать их, не так ли? На самом деле, некоторые ученые могут собирать отдельные атомы с помощью специальных «пинцетов», сделанных из света, но это совсем другая история!

Давайте начнем с некоторых хитростей 

Если мы не можем сосчитать атомы, давайте взвесим воду, которую мы наливаем в нашу чашку чая – я использовал 329 г воды или 0,329 кг. Так сколько же весит одна молекула воды?

Мы рассчитаем вес одной молекулы воды и используем его, а также общий вес воды в чашке, чтобы определить, сколько молекул воды содержится в нашей чашке чая. Если вы не помешаны на числах, пропустите пару абзацев вперед и предположите, что число смехотворно велико, хорошо?

Для начала мы можем посмотреть структуру воды — это H ₂ O. У нас есть молекула, состоящая из трех атомов.

Мы можем узнать числа рядом с Н и О в их ячейках в таблице Менделеева — спасибо Менделеев! Возможно, вы помните его по публикациям в Periodic Drama!

В периодической таблице указано количество протонов, электронов и нейтронов в каждом атоме H (1 протон, 1 электрон) и O (8 протонов, 8 электронов и 8 нейтронов).

Время подсчитать некоторые цифры 

Затем мы можем найти вес протона (1,672 × 10 ^-27 кг), электрона (9,109 × 10 ^-31 ) и нейтрона (1,674 × 10 ^-27 кг), поэтому мы можно вставить это в калькулятор и получить массу молекулы воды, которая, как мы говорили, будет такой простой… 3,01 × 10 ^-26  кг [1].

Итак, это 0,00000000000000000000000000301 кг. 25 нулей. Это действительно глупая цифра.

Вернемся к подсчету атомов в нашей чашке чая

Но сколько у нас молекул воды? Назад к 329г воды у нас было в чашке. 0,329 кг / 3,01 × 10 ^-26 кг на молекулу воды дает нам легко считать 10

000000000000000000000 Молекулы воды .

, я был на 32700000000000000000.

Я был в шутку, когда я сказал, что он будет быть простым… 

Проблема очевидна. Эти цифры смешны! Это та же проблема, что и раньше, с попыткой подсчитать количество капель воды, которые вы выпиваете в день, — просто есть лучшие единицы измерения, которые мы могли бы использовать для этого.

Единицы чая в единстве

Возьмем в качестве примера чай в вашей чашке. Как узнать, сколько чая использовать в каждой чашке?

Это просто, потому что чай находится в пакетиках, и в каждом из них есть нужная порция. Вам нужен 1 чайный пакетик на чашку для хорошей чашки чая! Вот наша единица – чайные пакетики на чашку.

Конечно, если вам нужна действительно крепкая чашка, вы можете приготовить 2 пакетика на чашку, а если вы не очень любите чай или ваши друзья, вы можете приготовить две чашки из одного чайного пакетика (полпакетика на чашку).

Какая здесь альтернатива? Вы можете пересчитать каждую высушенную шелуху чайного листа и в итоге получить число в сотнях и получить «631 чайное зерно» на чашку.

Вы могли бы попытаться вернуться к растению, из которого оно происходит, и посчитать, сколько листьев составляет ваша чашка…

Видите, насколько лучше единицы делают вещи? На самом деле, есть даже стандартная чашка чая, приготовленная путем помещения 2,0 грамма чая в 100 мл воды при 100 ° C на 6 минут.

Итак, для чая все просто, в основе лежит чайный пакетик, который является удобным способом получить нужное количество чая, чтобы сделать что-то полезное. Как вы думаете, с какой единицей можно работать, чтобы сделать наши 10

0000000000000000000 молекул воды более управляемы?

Химики пьют чай молари

К счастью, у химиков есть способ превратить эти нелепые цифры в то, что мы можем посчитать, увидеть и использовать. Есть число, называемое числом Авагадро, и это огромное число. Это 6,022 × 10 ²³ или 602200000000000000000000 (или около того). Это число особенное, потому что оно берет числа из периодической таблицы и связывает их с весами, которые мы можем себе представить!

Водород в периодической таблице имеет массовое число 1. Если бы мы взяли количество атомов водорода по Аваградро — то есть 6022000000000000000000000 атомов — у нас был бы почти ровно 1 грамм водорода.

Если бы у нас было число атомов кислорода Авагадро – массовое число – 16 – вся связка вместе весила бы 16 граммов! Теперь мы говорим. Мы можем взвесить граммы и понять, как это может выглядеть.

Молекулярная масса, проблемы с кротами

Сколько будут весить 60220000000000000000000000000 молекул воды? Поскольку в каждой молекуле воды (молекулярная масса = 2 × 1 + 16 = 18) есть 2 атома водорода (массовое число = 1) и один атом кислорода (массовое число = 16) (молекулярная масса = 2 × 1 + 16 = 18), при добавлении все эти молекулы. 18 граммов воды — это что-то среднее между большим глотком и маленьким глотком.

Мои пальцы, моя клавиатура, и вы, вероятно, ненавидите меня за то, что я так много раз набирал это глупо длинное число, и это не помогло бы нам упростить вещи, если бы нам приходилось продолжать вводить это число, не так ли? Для простоты мы называем это число «кротом» .

Если бы мы сказали, что у нас есть моль атомов водорода – 1 грамм. Моль атомов кислорода – 16 грамм. Моль воды – 18 грамм. Это все числа, которые мы можем сосчитать и понять, а также веса, которые мы действительно можем измерить.

Какой ответ – сколько атомов в моей чашке чая?

Когда мы говорим о том, сколько весит молекула или атом, мы не говорим о массе в килограммах. Как мы видели, это число невероятно маленькое! Вместо этого мы используем массу одного моля молекул или атомов, чтобы сделать его весом, который мы можем измерить. Атомная масса дается в граммах на моль — если у вас есть моль этих атомов, сколько у вас граммов этого вещества? То же самое и для молекул — молекулярная масса указана в граммах на моль.

В нашей чашке чая, в которой, как мы сказали, было глупое количество молекул воды, на самом деле содержится 18,28 молей молекул (329 граммов, разделенных на 18 граммов на моль). Гораздо проще сказать 18 молей, чем 11 септиллионов атомов!

Вот ваш ответ — вы можете рассказать кому-нибудь обо всем этом, когда в следующий раз заварите чашку чая. Включая считывание количества атомов….

[1] Здесь мы немного упростили, потому что, как это всегда бывает с наукой, мы что-то упустили. Масса протонов, нейтронов и электронов не совсем складывается, чтобы составить массу атома, потому что, когда все эти частицы собираются вместе, они высвобождают энергию, а это эквивалентно крошечной частичке массы. Мы можем связать массу и энергию, используя знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc ² ВЕРНУТЬСЯ К СООБЩЕНИЮ

Нравится:

Нравится Загрузка…

Сколько атомов и молекул в капле воды? ~ БЗУ НАУКА

Сколько атомов и молекул в капле воды?