ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Количественные соотношения в химии из "Общая химия" Масса самого легкого атома — атома водорода — составляет 1,674-кг самого тяжелого из существующих на Земле — урана - 3,952-10 25 Очевидно, что пользоваться единицами системы СИ (кг) и даже их десятичными долями (масса атома водорода, выраженная в наименьшей из применяемых единиц, равна 1,674-пг) неудобно. [c.30] Исторически первой единицей атомной массы была масса атома водорода, введенная Дальтоном в 1808 г., — водородная единица. В предположении о простейшем составе молекул (см. предыдушую главу) на основании результатов химического анализа с доступной ему точностью Дальтон вычислил атомные массы других элементов, приведенные в табл. 3.1. При этом величина самой водородной единицы оставалась неизвестной. [c.30] Используя значительно лучшук химико-а алитическую технику, чем Дальтон, а также законы изоморфизма Митчерлиха и постоянства атомной теплоемкости Дюлонга и Пти (см, предыдущую главу), следующий шаг сделал шведский химик Йенс Якоб Берцелиус (1779—1848). При этом в качестве стандарта он использовал кислород, так как экспериментальное определение атомных масс было основано на анализе главным образом оксидов. В табл. 3.1 приведены его данные, пересчитанные на водородные единицы. В этой же таблице помешены современные значения атомных масс (тоже в водородных единицах), что позволяет сравнить аналитическую технику и точность химического анализа, существовавшие в прошлом веке и в наше время. [c.30] С 1906 г. в научной практике утверждается кислородная единица атомной массы — 1/16 массы атома кислорода. Ее недостаток проявился, когда было установлено, что большинство химических элементов состоит из атомов разной Массы — изотопов. В химии кислородная единица — 1/16 средней атомной массы природной с.мсси изотопов кислорода ( Ю, Ю и Ю), а в физике — 1/16 массы изотопа Ю. Таким образом, оказалось, что параллельно существуют две щкалы атомных масс. [c.31] В настоящее время (с 1961 г.) и в химии, и в физике (следовательно, во всем естествознании) принята общая единица атомной массы — углеродная — 1/12 массы изотопа углерода В системе СИ ее значение (1,6605655 0,0000086) 10 кг она называется атомной единицей массы — а. е. м.. Так как ядро атома углерода состоит из 12 нуклонов (6 протонов и 6 нейтронов), массы которых близки между собой 2 и приблизительно равны 1 а. е. м., то атомные массы атомов изотопов остальных элементов также близки к целым числам (при этом можно не учитывать электронов, масса каждого из которых приблизительно в 2000 раз меньше массы нуклона) Атомные массы элементов в зависимости от их природного изотопного состава могут сильно отличаться от целых чисел (см. периодическую таблицу на форзаце учебника). [c.31] Важнейшим понятием, используемым во всех химических расчетах, служит моль. В Государственном стандарте Единицы физических величин дано следующее определение Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 ( С) массой 0,012 кг (точно). При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц . [c.32] Например, 1 моль углекислого газа (СОз) содержит 1 моль молекул СО2, 1 моль атомов С, 2 моль атомов О, 22 моль электронов, 3 моль атомных ядер и т. д. 1 моль сульфата натрия содержит 1 моль групп Ыа2504, 2 моль ионов Ыа+, 1 моль ионов 5042 и т. д. [c.32] Количество вещества (в молях) не пропорционально массе, так как массы молекул одного и того же вещества, даже без учета различного изотопного состава, находясь в разных энергетических состояниях, имеют различную массу (с учетом соотношения Эйнштейна т=Е1с ). Поэтому количество вещества — моль — новая единица, принципиально отличная от массы. [c.32] Количество вещества (а молях) не пропорционально массе, но в то же время очевидно, что масса моля вещества пропорциональна массе соответствующих составных частиц вещества. Масса моля углерода, имеющего атомную массу 12 а.е. м. (точно, по определению атомной единицы массы), по определению моля равна 12 г. Масса моля кислорода (О2), имеющего среднюю молекулярную массу 31,9988 а.е. м., будет во столько же раз больше массы моля углерода, во сколько раз молекулярная масса кислорода больше атомной массы углерода, т. е. составит, очевидно, 31,9988 г. Таким образом, масса моля любого вещества, выраженная в граммах, численно равна средней массе соответствующей структурной единицы системы, выраженной в атомных единицах массы. [c.32] Массу моля вещества называют молярной массой. Так, молекулярная масса кислорода 32 а.е. м., а молярная — 32 г молекулярная масса углекислого газа 44 а. е. м., молярная — 44 г масса иона натрия Ма+ 23 а.е. м., масса моля ионов натрия 23 г. [c.32] Постоянная Авогадро есть отношение числа N молекул, содержащихся в системе, к количеству вещества V данной системы, т. е. [c.33] Эталона моля пока не существует. С развитием экспериментальной техники открываются возможности для определения числа частиц методами, не связанными с измерением массы. Это позволит в будущем создать эталон для хранения и воспроизведения моля. [c.33] Изменение массы на моль образовавшегося водорода составит 4,3-10 г масса моля водорода известна с точностью до 10 г следовательно, современными средствами обнаружить такое изменение массы невозмои но даже в приведенном примере самой выгодной в энергетическом отношении химической реакции тем более это невозможно в других случаях. [c.33] Таким образом, при рассмотрении химической реакции в изо-лированной системе, т. е. в такой системе, которая не обменивается с внешней средой не только веществом, но и энергией, масса продуктов реакции точно равна массе реагентов. Если происходит потеря или поглощение энергии системой в результате обмена с окружающей средой, то масса продуктов не равна массе исходных веществ. [c.34] Как было выше показано, для химических превращений на практике изменение массы учитывать не следует. Оно становится заметным в ядерных реакциях, сопровождающихся выделением или поглощением энергии на 6—9 порядков больше, чем в химических реакциях (см. гл. 19). В химии это приходится учитывать при вычислении атомных масс. В качестве примера рассмотрим углерод. [c.34] Разница — так называемый дефект массы — возникает из-за того, что в результате реакции 6р+6п+6ё= 2С выделяется около 10 кДж/моль энергии. [c.34] Приведенные формулировки идентичны и одновременно типичны. При этом под способами получения подразумевают и раз- ные исходные вещества, и разные их относительные количества, и разные условия проведения реакций, в частности температуру и давление. [c.34] Как указывалось выше, точность современного эксперимента недостаточна, чтобы эту разность масс измерить. [c.34] Прежде чем обсуждать существующие формулировки, следовало бы привести определение употребляемых понятий и в первую очередь вещество , химическое соединение . Здесь-то и возникает главная трудность, так как эти понятия в химии ие определены Поэтому попробуем классифицировать вещества путем их выделения из существующего бесконечного (как и все в природе) многообразия с помощью примеров затем рассмотрим закон постоянства состава в приложении к каждому типу. [c.35] Начнем с растворов . Рассмотрим раствор, образованный водой и хлоридом натрия. Является ли этот раствор новым химическим веществом, качественно отличным от его компонентов (Н2О и Na l) Очевидно, да, так как отрицательный ответ на поставленный вопрос подразумевает, что этот раствор представляет собой смесь Н2О и Na l, свойства которой складываются из свойств воды и поваренной соли, что, конечно, не так. Одновременно очевидно, что состав и, следовательно, свойства данного вещества — раствора — зависят от относительных количеств взятых веществ. Сказанное справедливо и в отношении твердых растворов. Например, свойства стали отнюдь не сумма свойств образующих ее химических элементов — железа и углерода содержание же последнего может меняться от О до 1,7%. В этом интервале концентраций непрерывно меняются свойства стали так, с увеличением содержания углерода повышается ее прочность, понижается температура плавления и т. д. в то же время сталь остается сталью. [c.35] Вернуться к основной статье