Количество вещества применяться для измерения макроскопических количеств веществ во многих естественных науках таких как, физика, химия, при изучении электролиза, в термодинамика, описывающая состояние идеального газа. Так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратным целым числам, то при описании химических реакций, использовать количества вещества удобнее, чем массу. Для того, чтобы понять, что такое количества вещества в химии, отметим, что у величины есть своя единица измерения.
Определение, единицы измерения, обозначение
Число аналогичных структурных единиц, содержащих в веществе (атомов, электронов, молекул, ионов и других частиц) и есть физическая величина — количество вещества. По международной системе единиц (СИ) измеряется количество вещества в [моль], [кмоль], [ммоль], при использовании в расчетах, обозначается как n (эн).
Применение, значение
В химии при написании химических уравнений, после знакомства законом постоянства массы веществ, становится понятно как использовать величину количества вещества и понятно ее значение. Например, в реакции горения водорода, его требуется 2 к 1 значению кислорода. Зная массу водорода, можно получить количества вещества кислорода, участвующего в реакции горения.
В реальных опытах вместо количества вещества «в штук» используют единицу измерения [моль]. Это сокращает соотношение исходных реактивов и упрощает вычисления. Фактически в 1 моле количество единиц вещества содержится 6 ·1023 моль−1 , что называться число Авогадро [NA].
Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса, т.е отношение массы вещества к количеству к количеству молей этого вещества:
n = m/M,
где m — масса вещества, M — молярная масса вещества.
Молярная масса измерятся в [ г/моль].
Также молярная масса может быть найдена произведением молекулярной массы этого вещества на количество молекул в 1 моле — на число Авогадро.
Количество вещества газообразного определяют на основе его объема:
n = V / Vm,
где где V — объём газа при нормальных условиях, а Vm — молярный объем газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль по закону Авогадро.
Подводя итоги всех расчетов, можно вывести общую формулу для количества вещества:
Вычисления
Чтобы точнее понять, что такое количество вещества, решим простейшие задачи: какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке, массой m = 5,4 кг?
При решении это задачи следует помнить, что молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, для нахождения которой понадобится таблица Менделеева, округляя значения: μ = 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль.
Таким образом, количество вещества находим путем простых вычислений:
n = m/μ = 5,4 кг/ 2,7 ⋅ 10-2 кг/моль = 2⋅ 10-2 моль.
В физике также используется данная величина. Она нужна в молекулярной физике, где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона:
