Секретная шпаргалка по химии. 2.3 Количество вещества (моль). Число Авогадро | Репетитор Богунова В.Г.
В сентябре, когда я начинаю работать с новыми учениками, всегда волнуюсь. Первые занятия — самые важные, поскольку происходит построение «призмы», через которую я буду передавать знания и опыт, а ученик — воспринимать информацию и учиться работать с ней.
Я преподаю химию как точный предмет, в основе которого лежит строгая математическая логика. Я учу строить систему в любой поступающей информации, видеть главные узлы системы и связи между ними. Только так можно изучить такой сложный предмет, каким является химия. Ребята учатся грамотно учиться, затем свои знания и опыт работы они переносят в высшую школу, изучая более сложные медицинские предметы.
Не все проходит гладко. Накопление информации и опыта всегда индивидуально и связано с формированием сложной системы условных рефлексов. Но даже в самых тяжелых и запущенных случаях я не опускаю руки, использую современные технологии нейрофизиологии для ускорения процесса образования и повышения его качества.
Вспоминаю 2008 год. Это был последний год без ЕГЭ. Тяжелые задания на письменных вступительных экзаменах подразумевали серьезную подготовку, особенно по решению сложных задач. В тот год у меня были очень сильные ученики. Все как на подбор, быстро схватывали материал, набирались опыта и решали сложные задачи. И только Дима резко отставал от всех остальных. На занятиях он работал отлично, но как только покидал стены кабинета, весь изученный материал и накопленный опыт исчезали бесследно. На следующем занятии приходилось начинать все с начала. Так продолжалось несколько месяцев. Я понимала, что это не вина, а беда мальчика, а ключ к решению проблемы спрятан в индивидуальных особенностях физиологии высшей нервной деятельности. Пришлось обратиться за советом к своим бывшим ученикам, профессиональным нейрофизиологам. Как решилась проблема Димы и кем он стал теперь, я расскажу позже. А мы продолжим изучать химию. Тема сегодняшней статьи — количество вещества (моль).
Количество вещества (моль)
Количество вещества (моль) — важная расчетная величина в химии.
Это именно тот золотой ключик, которым открывают любую, даже самую потайную дверь химической задачи. Термины «моль» и «молекула» — однокоренные, они произошли от латинского слова «moles». В XVII в. появился термин «молекула» («маленькая масса»). Понятие «моль» («большая масса», «порция») появилось в начале XX века. Автор термина «моль» — немецкий химик и физик Вильгельм Оствальд.
Количество вещества определяется числом частиц, из которых состоит данное вещество (атомов, молекул, ионов), и обозначается греческой буквой «ню». Для характеристики количества вещества в химии используют особую единицу измерения — моль.
Моль — это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа углерода 12С. Экспериментально установлено, что один моль любого вещества содержит число Авогадро структурных единиц. В настоящее время известно более 60 независимых экспериментальных методов определения значения числа Авогадро.
Молярная масса — это масса 1 моля вещества, то есть отношение массы вещества к его количеству, выраженное в г/моль.
Абсолютная масса одной молекулы (атома) определяется делением молярной массы на число Авогадро
Итак, мы освоили первые математические формулы для химических расчетов. Попробуем закрепить наши знания и умение пользоваться этими формулами на решении простейших задач по химии.
Задача 1
Определите массу карбоната натрия и воды, которые содержатся в 0,8 моль кристаллической соды
Задача 2
Вычислите абсолютную массу одной молекулы углекислого газа в граммах
Задача 3
Образец вещества, массой 5,6 г содержит десятую часть числа Авогадро молекул. Определите молярную массу вещества
Задача 4
Эквимолярная смесь оксида фосфора (V) и диоксида кремния имеет массу 60,6 г.
Определите массу оксида фосфора (V)
Вот мы и освоили первые, самые важные расчетные величины и поучились с ними работать. Но это еще не все. С количеством вещества можно вытворять такие замечательные трюки, которые вы даже представить не можете! Об этом скоро в следующих статьях.
А теперь о Диме и его проблеме с изучением химии. Тайна лежала в индивидуальных особенностях бета-тета активности головного мозга. Мои бывшие ученики, а теперь — ведущие нейрофизиологи МГУ работают с ритмами мозга. Они определили, что бета-тета ритмы мозга находится под влиянием гиппокампа, который играет ключевую роль в ускоренной переработке информации и активации долговременной памяти. Стимуляция бета-тета волновой активности способствует изучению иностранных языков, усвоению новых терминов, более быстрому и конструктивному получению фундаментальных знаний. Дима прошел курс БОС терапии по стимуляции мозговой активности в одной из лабораторий МГУ. Уже через месяц он не только достиг уровня своих товарищей, но и даже превзошел их.
Как показали исследования, после трех часов решения задач по химии также происходил невероятный всплеск бета-тета волн, а через три месяца регулярных занятий формировался высокий уровень бета-тета потенциала! Дима блестяще сдал вступительные экзамены и в 2008 году поступил в РГМУ им. Н.И.Пирогова (РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Сегодня Дима работает врачом-педиатром в одной из центральных клиник Москвы.
Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии http://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7(903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы «Решение задач по химии» — и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!
PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте, или на Facebook.
Я обязательно отвечу вам.
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
Количество вещества. Моль — единица количества вещества. Число Авогадро — Учебник по Химии. 8 класс. Григорович
Учебник по Химии. 8 класс. Григорович — Новая программа
В этом разделе вы узнаете…
• в каких единицах измеряют вещества;
• что это за зверь — моль;
• можно ли пересчитать молекулы;
• как можно измерять массу и объем моля;
• почему условия бывают ненормальными;
• может ли плотность быть относительной.
Вспомните:
• все вещества состоят из очень маленьких частиц; наименьшие из них — атомы, для удобства мы представляем их в виде шариков;
• атомы могут объединяться друг с другом и образовывать молекулы;
• каждое вещество характеризуется только ему присущими молекулами.
Количество вещества — физическая величина
Все, что человек видит вокруг себя, он старается описать в количественных характеристиках.
Так, когда мы расходуем воду, мы определяем ее объем: сколько литров (или кубометров) ее вытекло из крана. Покупая конфеты, мы сообщаем продавцу их массу: сколько граммов необходимо взвесить. Но в некоторых случаях знания массы или объема будет недостаточно. Например, нужно купить столько яблок, чтобы хватило на всех учеников в школе. Довольно сложно пересчитывать тысячу или две тысячи яблок. Значительно проще будет сосчитать число ящиков с яблоками (при условии, что мы знаем, сколько яблок содержится в одном ящике). То есть в этом случае мы считаем не отдельные частицы, а число групп (порций) частиц (рис. 24.1).
Рис. 24.1. Количественные характеристики
Для химических явлений и процессов не всегда нужно знать массу или объем вещества. Часто для определения количества вещества намного важнее знать число атомов или молекул, например при составлении уравнений химических реакций.
Для определения числа частиц используют специальную физическую величину — количество вещества.
Ее обозначают латинской буквой n.
Она показывает, сколько частиц (структурных единиц) данного вещества содержится в том или другом образце.
Для веществ молекулярного строения такими частицами являются молекулы, а для веществ немолекулярного строения это могут быть атомы или ионы.
Количество вещества — физическая величина, которая показывает число структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов).
Моль — единица измерения количества вещества
Атомы и молекулы очень малы, поэтому неудивительно, что их число в природе огромно. Даже в самом маленьком кристалле сахара число молекул превышает миллиард миллиардов. Поэтому практически невозможно пересчитывать отдельные молекулы. Для измерения количества вещества используют специальную единицу — моль.
1 моль — это такое количество вещества, которое содержит 6,02 • 1023 структурных единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов).
24.2). В том, что один моль вещества содержит такое «экзотическое» число частиц, нет ничего удивительного. Подобные числа (или порции) нам встречаются довольно часто, и используем мы их для измерения массы, объема, времени и даже денег. Большинство из них довольно простые числа. Например, одна тонна — это одна тысяча килограммов, один кубический метр — это одна тысяча литров, один час — это 60 минут, одна гривня — это сто копеек. Существуют также величины измерения, не кратные десяти: одни сутки — это 24 часа, одна дюжина — это 12 штук, один карат — это 0,2 грамма, а один световой год — это почти 9,5 • 1012километров.Рис. 24.2. Для измерения количества можно пользоваться различными единицами: карандаши считают штуками, бумагу — листами, атомы — молями
У каждого вещества есть свои собственные структурные единицы. Например, уголь состоит из атомов Карбона, а сера — из молекул S8. Поэтому у образцов различных веществ количеством вещества 1 моль разные массы и объемы (рис.
24.3).
Рис. 24.3. Образцы веществ количеством 1 моль
Число Авогадро
Число 6,02 • 1023 называют числом Авогадро в честь итальянского ученого Амедео Авогадро. Почему именно такое число было выбрано для определения моля вещества? Дело в том, что столько атомов содержится в образце углерода массой 12 г, что в современной науке используют в качестве стандарта для определения атомной единицы массы. Учитывая это, можно дать еще одно определение моля:
1 моль — это такое количество вещества, в котором число частиц (атомов или молекул) равно числу атомов Карбона
Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья ди Черето (1776-1856)
Итальянский физик и химик. Получил юридическое образование, после чего стал доктором церковного законоведения. В 24 года начал изучать естественные науки. С 1809 г. был профессором высшей физики в Туринском университете.
С 1850 г. директор отделения физики и математики Туринской академии наук. Ввел в науку понятия «молекула» и «молекулярный вес». На основании открытого им закона разработал метод определения молекулярных и атомных масс. Первым установил, что формула воды — Н2O, а не НО, как считали раньше. Установил состав многих веществ — водорода, кислорода, азота, аммиака, оксидов Нитрогена, Хлора, Фосфора и др. Впервые правильно определил атомную массу многих элементов. Заложил основы атомно-молекулярной теории. Однако его труды было признаны лишь после его смерти на Международном конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 г.
Числу Авогадро численно равна постоянная Авогадро NA. Эта постоянная, в отличие от числа Авогадро, выражается в единицах на моль (1/моль или моль-1):
NA = 6,02 • 1023 моль-1
Для большинства расчетов число Авогадро округляют до 6 • 1023.
Известно, что один атом Карбона нуклида 12С имеет массу 1,9993 • 10-23 г.
Следовательно, в 12 граммах такого углерода число атомов Карбона равно:
Из курса химии 7 класса вам известно, что одна атомная единица массы равна 1,66 • 10-24 г. Произведение атомной единицы массы и числа Авогадро равно 1 г:
Таким образом, определение моля непосредственно связано с определением единицы массы атомов и молекул, а число Авогадро является коэффициентом пропорциональности между массой атомов и их относительной атомной массой.
Решение задач с использованием количества вещества
Зная постоянную Авогадро, можно любое количество вещества выразить в молях. Если вещество содержит N молекул (или структурных единиц), то количество вещества равно:
Наоборот, зная количество вещества в молях, можно вычислить число частиц:
Задача 1. В комнате содержится 2,77 • 1026 молекул кислорода. Вычислите количество вещества кислорода.
Задача 2. Вычислите число атомов Оксигена и Гидрогена, которые содержатся в 5 моль воды.
Задача 3. В стакане содержится около 11 моль молекул воды. Определите число молекул в стакане.
Лингвистическая задачаУ слов «моль» и «молекула» общий корень, они пришли к нам из латинского языка. На латыни moles — «тяжесть, глыба». А слово «молекула» (с уменьшительным латинским суффиксом — cula) означает маленькую массу. Как вы объясните толкование терминов «моль» и «молекула»?
• Сделать вывод о том, насколько огромно численное значении постоянной Авогадро, можно с помощью следующего сравнения: площадь поверхности нашей планеты равна 510 млн км2. Если равномерно рассыпать по всей поверхности 6,02 • 1023 песчинок диаметром всего лишь 1 мм, то они образуют слой песка толщиной более одного метра.
• В наше время получен силиций чистотой 99,9999999 %. Это означает, что среди одного миллиарда атомов Силиция находится лишь один атом другого элемента.
• В Америке ученые празднуют День числа Авогадро.
Празднование проходит с 6 часов 02 минут утра 23 октября до 6 часов 02 минут следующего дня.
Выводы
1. Количество вещества — физическая величина, позволяющая измерять количественные характеристики вещества. Она показывает число структурных единиц вещества в определенном образце.
2. Количество вещества обозначают буквой n; единица измерения — моль. В веществе количеством 1 моль содержится 6,02 • 1023 структурных единиц этого вещества (атомов, молекул, ионов).
3. Число 6,02 • 1023 называют числом Авогадро. Оно равно числу атомов Карбона, которое содержится в образце углерода массой 12 г. Постоянная Авогадро обозначается символом NA и равна 6,02 • 1023 моль-1.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятий «количество вещества» и «моль».
2. Какую размерность имеет постоянная Авогадро? Чему равно ее значение?
3. Предложите способы, какими можно наглядно продемонстрировать, насколько велико число Авогадро.
4. Приведите формулу для вычисления количества вещества по известному числу частиц.
Задания для усвоения материала
1. В ложке воды содержится около 0,5 моль вещества. Вычислите число молекул воды в ложке.
2. В стакан помещается около 1,5 моль сахара. Вычислите число молекул сахара в стакане.
3. В воздушном шаре содержится около 0,9 • 1023 молекул азота. Вычислите количество вещества азота (в молях).
4. Вычислите количество вещества атомов Оксигена, которое содержится в углекислом газе СO2 количеством: а) 0,5 моль; б) 2 моль?
5. Вычислите количество вещества озона O3, если известно, что число атомов Оксигена в нем составляет: а) 3 • 1023; б) 0,6 • 1019; в) 3 моль; г) 0,18 моль.
6. Вычислите количество вещества атомов каждого химического элемента, которое содержится в 1 моль следующих соединений: а) Сl
Вычисление количества молекул веществ | Задание 7
Задание 7.
Вычислите в молях: а) 6,02 . 1022 молекул С2Н2; б) 1,80 . 1024 атомов азота; в) 3,01 . 1023 молекул NH3. Какова молярная масса указанных веществ?
Решение:
Моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определённого сорта, равное постоянной Авогадро (6,02 . 1023).
Тогда
а) Определим количество молекул С2Н2, получим:
(С2Н2) = N/NA = (6,02 . 1022)/ (6,02 . 1023) = 0,1 моль.
б) Определим количество молекул азота, получим:
(N) = N/NA = (1,80 .
1024)/ (6,02 .1023) = 3 моль.
в) Определим количество молекул азота, получим:
(NH3) = N/NA = (3,01 . 1023)/ (6,02 . 1023) = 0,5 моль.
Здесь N – число молекул вещества; NA – число Авогадро; — число молей вещества.
Масса моля вещества выражается в кг/моль или г/моль. Молярная масса вещества (М) в граммах численно равна его относительной молекулярной массе (Мr), выраженной в атомных единицах массы (а. е. м.). Так как молекулярные массы С2Н2, NH3 и атомная масса азота соответственно равны 26, 17 и 14 а, е. м., то их молярные массы соответственно равны: а) 26 г/моль, б) 14 г/моль, в) 17 г/моль.
Ответ: а) 26 г/моль, б) 14 г/моль, в) 17 г/моль.
Урок по химии на тему » Количество вещества.
Молярная масса».Тема 2. 8класс.
Урок 18 — 19
Тема урока. Количество вещества. Молярная масса.
Цели урока: 1.ввести понятие о количестве вещества и единицах его измерения: моль, ммоль, кмоль, молярная масса.
2.Дать представление о постоянной Авогадро.
3.Показать взаимосвязь массы, количества вещества и числа частиц и молярной массы.
Задачи урока: 1.Способствовать формированию мировоззренческих представлений учащихся о взаимосвязи разных свойств явлений окружающего мира.
2. Развивать умение учащихся устанавливать причинно-следственные связи, а также наблюдать, обобщать и делать выводы.
Основные термины:
Неметаллы – химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов.
Моль – это такое количество любого вещества, которое содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12г.
нуклида углерода-12.
ХОД УРОКА: 1.Организационная часть урока.
2. Изучение программного материала.
1. Количество вещества.
В химии (а также в физике и других естественных науках) приходиться иметь дело с большими количествами мельчайших частиц – с так называемыми структурными элементами материи (молекулами, атомами, ионами, электронами и др.).
Для того чтобы выражать количество таких частиц, ввели единицу количества – моль. 1 моль – это такое количество любого вещества, которое содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12г. нуклида углерода-12. Экспериментально найдено, что число структурных элементов, отвечающих 1 моль, равно 6,02∙1023 (постоянную 6,02∙1023 моль-1 называют постоянной Авогадро. Цилиндры с веществами в 1моль).
Рис. 1. Постоянная Авогадро
Иллюстрация следствия из закона Авогадро
Рис. 2. Моль – единица количества вещества
Моль – единица количества вещества
Рис.
3. Количество вещества.
У этой порции вещества есть масса, которая называется молярной массой. Обозначается М, которая находится по формуле М = m/n. Предположите, в каких единицах будет измеряться молярная масса?
Молярная масса по значению совпадает с относительной атомной или молекулярной массой, но различаются единицами измерения (М – г/моль; Mr, Аr – безразмерные величины).
Рис. 4. Количество вещества в молях
Рис. 5. Молярная масса
2. Закрепление материала.
№1.
Масса 3 моль h3O составляет ____ г
Масса 20 моль h3O составляет ____ г
№2.
36 г Н2О составляют ______ моль
180г Н2О составляют _______ моль
3.Моль, молярная масса
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль.
Моль — это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро
Постоянная Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12С:
Таким образом, 1 моль вещества содержит 6,02 • 1023 частиц этого вещества.
Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню). Например, в образце вещества содержится 12,04 • 1023молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:
В общем виде:
где N – число частиц данного вещества;
NA – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).
Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе Mr (для веществ атомного строения – относительной атомной массе Ar).
Например, молярная масса метана CH4 определяется следующим образом:
Мr(CH4) = Ar(C) + 4 Ar(H) = 12+4 =16
M(CH4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH4 содержат 6,02 • 1023 молекул.
Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:
Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:
или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:
m = ν • M
Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.
Пример
Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6, взятых в количестве ν = 2 моль каждого.
Решение
Молярная масса метана M(CH4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С2Н6) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:
m(CH4) = 2 моль • 16 г/моль = 32 г;
m(С2Н6) = 2 моль • 30 г/моль = 60 г.
Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.
n(CH4) = n(С2Н6), но m(CH4) < m(С2Н6)Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.
Алгоритмы решения задач
Задача №1. Вычислите массу (г) железа, взятого количеством вещества 0, 5 моль?
Дано: ν(Fe)=0,5 моль
Найти: m(Fe) — ?
Решение:
m = M · ν
M(Fe) = Ar(Fe) = 56 г/моль ,
m (Fe) = 56 г/моль · 0,5 моль = 28 г
Ответ: m (Fe) =28 г
Задача №2.
Вычислите массу (г) 12,04 · 1023 молекул оксида кальция CaО?
Дано: N(CaO)= 12,04 * 1023 молекул
Найти: m(СaO) — ?
Решение:
m = M · ν, ν= N/Na,
следовательно, формула для расчёта m = M · (N/Na)
M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 г/моль
m= 56 г/моль · (12,04 * 1023/6.02 · 1023 1/моль) = 112 г
Ответ: m= 112 г
4. Задания для закрепления.
Задача 1. Вычислите массу воды (г), взятой количеством вещества 5 моль?
Задача 2. Вычислите массу 24,08 *1023 молекул серной кислоты H2SO4?
Задача 3. Определите число атомов в 56 г железа Fe?
5. Задание на дом: п.15,упр.1-4.
Количество вещества — Персональный сайт учителя химии Куликовой Надежды Владимировны
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны.
Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль.
Моль — это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро
Слово «моль» происходит от слова «молекула». Число молекул в равных количествах вещества одинаково.
Экспериментально установлено, что 1 моль вещества содержит частиц (например, молекул). Это число называется числом Авогадро. А если к нему добавить единицу измерения – 1/моль, то это будет физическая величина – постоянная Авогадро, которая обозначается NА.
Постоянная Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12С:
Таким образом, 1 моль любого вещества содержит 6,02 • 1023 частиц этого вещества.
1 моль кислорода содержит 6,02 • 1023 молекул O2.
1 моль серной кислоты содержит 6,02 • 1023 молекул h3SO4
1 моль железа содержит 6,02 • 1023 атомов Fe
1 моль серы содержит 6,02 • 1023 атомов S
2 моль серы содержит 12,04 • 1023 атомов S
0,5 моль серы содержит 3,01 • 1023 атомов S
Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей “ν” (ню). Например, в образце вещества содержится 12,04 • 1023 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:
В общем виде:
где N – число частиц данного вещества;
Nа – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).
II. Молярная масса
Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль.
Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе Mr (для веществ атомного строения – относительной атомной массе Ar).
Например, молярная масса метана Ch5 определяется следующим образом:
Мr(Ch5) = Ar(C) + 4 Ar(H) = 12+4 =16
M(Ch5)=16 г/моль, т.е. 16 г Ch5 содержат 6,02 • 1023 молекул.
Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:
Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:
или найти массу вещества по числу молей и молярной массе: m = ν • M
Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.
Пример
Вычислить массы метана Ch5 и этана С2H6, взятых в количестве ν = 2 моль каждого.
Решение
Молярная масса метана M(Ch5) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С2Н6) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:
m(Ch5) = 2 моль • 16 г/моль = 32 г;
m(С2Н6) = 2 моль • 30 г/моль = 60 г.
Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.
n(Ch5) = n(С2Н6), но m(Ch5) < m(С2Н6)
Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.
III. Решение задач
Задача №1. Вычислите массу (г) железа, взятого количеством вещества 0, 5 моль? Дано: ν(Fe)=0,5 моль Найти: m(Fe) — ? Решение: m = M · ν M(Fe) = Ar(Fe) = 56 г/моль (Из периодической системы) m (Fe) = 56 г/моль · 0,5 моль = 28 г Ответ: m (Fe) =28 г |
Задача №2. Дано: N(CaO)= 12,04 * 1023 молекул Найти: m(СaO) — ? Решение: m = M · ν, ν= N/Na, следовательно, формула для расчёта m = M · (N/Na) M(CaO) = Ar(Ca) + Ar(O) = 40 + 16 = 56 г/моль m= 56 г/моль · (12,04 * 1023/6.02 · 1023 1/моль) = 112 г Ответ: m= 112 г |
Вычислите массу (г) 12,04 · 1023 молекул оксида кальция CaО?IV. Тренажеры
Тренажёр №1 — Взаимосвязь количества вещества, числа частиц и постоянной Авогадро
Тренажёр №2 — Взаимосвязь массы, количества вещества и молярной массы
Тренажёр №3 — Вычисление количества вещества по известной массе вещества
Тренажёр №4 — Вычисление массы вещества по известному количеству вещества
Тренажёр №5 — Вычисление массы вещества по известному числу частиц вещества
Тренажёр №6 — Вычисление молярной массы вещества
Тренажёр №7 — Вычисление числа частиц вещества по известной массе вещества
Тренажёр №8 — Вычисления числа частиц вещества по известному количеству вещества
V.
Задания для закрепления
Задача 1. Вычислите массу воды (г), взятой количеством вещества 5 моль?
Задача 2. Вычислите массу 24,08 *1023 молекул серной кислоты h3SO4?
Задача 3. Определите число атомов в 56 г железа Fe?
Решение задач по химии, подготовка к ЕГЭ по химии
В этой статье мы коснемся нескольких краеугольных понятий в химии, без которых совершенно невозможно решение задач. Старайтесь понять смысл физических величин, чтобы усвоить эту тему.
Я постараюсь приводить как можно больше примеров по ходу этой статьи, в ходе изучения вы увидите множество примеров по данной теме.
Относительная атомная масса — A
r Представляет собой массу атома, выраженную в атомных единицах массы. Относительные атомные массы указаны в периодической
таблице Д.И. Менделеева. Так, один атом водорода имеет атомную массу = 1, кислород = 16, кальций = 40.
Относительная молекулярная масса — M
rОтносительная молекулярная масса складывается из суммы относительных атомных масс всех атомов, входящих в состав вещества. В качестве примера найдем относительные молекулярные массы кислорода, воды, перманганата калия и медного купороса:
Mr (O2) = (2 × Ar(O)) = 2 × 16 = 32
Mr (H2O) = (2 × Ar(H)) + Ar(O) = (2 × 1) + 16 = 18
Mr (KMnO4) = Ar(K) + Ar(Mn) + (4 × Ar(O)) = 39 + 55 + (4 * 16) = 158
Mr (CuSO4*5H2O) = Ar(Cu) + Ar(S) + (4 × Ar(O)) + (5 × ((Ar(H) × 2) + Ar(O))) = 64 + 32 + (4 × 16) + (5 × ((1 × 2) + 16)) = 160 + 5 * 18 = 250
Моль и число Авогадро
Моль — единица количества вещества (в системе единиц СИ), определяемая как количество вещества, содержащее столько же структурных единиц
этого вещества (молекул, атомов, ионов) сколько содержится в 12 г изотопа 12C, т.
е. 6 × 1023.
Число Авогадро (постоянная Авогадро, NA) — число частиц (молекул, атомов, ионов) содержащихся в одном моле любого вещества.
Больше всего мне хотелось бы, чтобы вы поняли физический смысл изученных понятий. Моль — международная единица количества вещества, которая показывает, сколько атомов, молекул или ионов содержится в определенной массе или конкретном объеме вещества. Один моль любого вещества содержит 6.02 × 1023 атомов/молекул/ионов — вот самое важное, что сейчас нужно понять.
Иногда в задачах бывает дано число Авогадро, и от вас требуется найти, какое вам дали количество вещества (моль). Количество вещества в химии обозначается N, ν (по греч. читается «ню»).
Рассчитаем по формуле: ν = N/NA количество вещества 3.01 × 1023 молекул воды и 12.04 × 1023 атомов углерода.
Мы нашли количества вещества (моль) воды и углерода.
Сейчас это может показаться очень абстрактным, но, иногда не зная, как найти
количество вещества, используя число Авогадро, решение задачи по химии становится невозможным.
Молярная масса — M
Молярная масса — масса одного моля вещества, выражается в «г/моль» (грамм/моль). Численно совпадает с изученной нами ранее относительной молекулярной массой.
Рассчитаем молярные массы CaCO3, HCl и N2
M (CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + (3 × Ar(O)) = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 г/моль
M (HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль
M (N2) = Ar(N) × 2 = 14 × 2 = 28 г/моль
Полученные знания не должны быть отрывочны, из них следует создать цельную систему. Обратите внимание: только что мы рассчитали
молярные массы — массы одного моля вещества.
Вспомните про число Авогадро.
Получается, что, несмотря на одинаковое число молекул в 1 моле (1 моль любого вещества содержит 6.02 × 1023 молекул), молекулярные массы отличаются. Так, 6.02 × 1023 молекул N2 весят 28 грамм, а такое же количество молекул HCl — 36.5 грамм.
Это связано с тем, что, хоть количество молекул одинаково — 6.02 × 1023, в их состав входят разные атомы, поэтому и массы получаются разные.
Часто в задачах бывает дана масса, а от вас требуется рассчитать количество вещества, чтобы перейти к другому веществу в реакции. Сейчас мы определим количество вещества (моль) 70 грамм N2, 50 грамм CaCO3, 109.5 грамм HCl. Их молярные массы были найдены нам уже чуть раньше, что ускорит ход решения.
ν (CaCO3) = m(CaCO3) : M(CaCO3) = 50 г.
: 100 г/моль = 0.5 моль
ν (HCl) = m(HCl) : M(HCl) = 109.5 г. : 36.5 г/моль = 3 моль
Иногда в задачах может быть дано число молекул, а вам требуется рассчитать массу, которую они занимают. Здесь нужно использовать количество вещества (моль) как посредника, который поможет решить поставленную задачу.
Предположим нам дали 15.05 × 1023 молекул азота, 3.01 × 1023 молекул CaCO3 и 18.06 × 1023 молекул HCl. Требуется найти массу, которую составляет указанное число молекул. Мы несколько изменим известную формулу, которая поможет нам связать моль и число Авогадро.
Теперь вы всесторонне посвящены в тему. Надеюсь, что вы поняли, как связаны молярная масса, число Авогадро и количество вещества. Практика — лучший учитель. Найдите самостоятельно подобные значения для оставшихся CaCO3 и HCl.
Молярный объем
Молярный объем — объем, занимаемый одним молем вещества.
Примерно одинаков для всех газов при стандартной температуре
и давлении составляет 22.4 л/моль. Он обозначается как — VM.
Подключим к нашей системе еще одно понятие. Предлагаю найти количество вещества, количество молекул и массу газа объемом 33.6 литра. Поскольку показательно молярного объема при н.у. — константа (22.4 л/моль), то совершенно неважно, какой газ мы возьмем: хлор, азот или сероводород.
Запомните, что 1 моль любого газа занимает объем 22.4 литра. Итак, приступим к решению задачи. Поскольку какой-то газ все же надо выбрать, выберем хлор — Cl2.
Моль (количество вещества) — самое гибкое из всех понятий в химии. Количество вещества позволяет вам перейти и к числу Авогадро, и к массе, и к объему. Если вы усвоили это, то главная задача данной статьи — выполнена 🙂
Относительная плотность и газы — D
Относительной плотностью газа называют отношение молярных масс (плотностей) двух газов.
Она показывает, во сколько раз одно вещество
легче/тяжелее другого. D = M (1 вещества) / M (2 вещества).
В задачах бывает дано неизвестное вещество, однако известна его плотность по водороду, азоту, кислороду или воздуху. Для того чтобы найти молярную массу вещества, следует умножить значение плотности на молярную массу газа, по которому дана плотность.
Запомните, что молярная масса воздуха = 29 г/моль. Лучше объяснить, что такое плотность и с чем ее едят на примере. Нам нужно найти молярную массу неизвестного вещества, плотность которого по воздуху 2.5
Предлагаю самостоятельно решить следующую задачку (ниже вы найдете решение): «Плотность неизвестного вещества по кислороду 3.5, найдите молярную массу неизвестного вещества»
Относительная плотность и водный раствор — ρ
Пишу об этом из-за исключительной важности в решении
сложных задач, высокого уровня, где особенно часто упоминается плотность.
Обозначается греческой буквой ρ.
Плотность является отражением зависимости массы от вещества, равна отношению массы вещества к единице его объема. Единицы измерения плотности: г/мл, г/см3, кг/м3 и т.д.
Для примера решим задачку. Объем серной кислоты составляет 200 мл, плотность 1.34 г/мл. Найдите массу раствора. Чтобы не запутаться в единицах измерения поступайте с ними как с самыми обычными числами: сокращайте при делении и умножении — так вы точно не запутаетесь.
Иногда перед вами может стоять обратная задача, когда известна масса раствора, плотность и вы должны найти объем. Опять-таки, если вы будете следовать моему правилу и относится к обозначенным условным единицам «как к числам», то не запутаетесь.
В ходе ваших действий «грамм» и «грамм» должны сократиться, а значит, в таком случае мы будем делить массу на плотность. В противном случае вы бы получили граммы в квадрате 🙂
К примеру, даны масса раствора HCl — 150 грамм и плотность 1.
76 г/мл. Нужно найти объем раствора.
Массовая доля — ω
Массовой долей называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Важно заметить, что в понятие раствора входит как растворитель, так и само растворенное вещество.
Массовая доля вычисляется по формуле ω (вещества) = m (вещества) / m (раствора). Полученное число будет показывать массовую долю в долях от единицы, если хотите получить в процентах — его нужно умножить на 100%. Продемонстрирую это на примере.
Решим несколько иную задачу и найдем массу чистой уксусной кислоты в широко известной уксусной эссенции.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону.
Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Наиважнейшая единица в химии
Согласно определению, данному в энциклопедии «Количество веществ — физическая величина, характеризующая количество однотипных единиц, содержащихся в веществе (атомы, молекулы, ионы и другие частицы)». Другое определение: «Количество вещества — относительная величина, которая показывает, во сколь раз число молекул в данном теле отличается от числа молекул, находящихся в 0,012 кг углерода. Измеряется в молях (по системе СИ). Без конкретизации объекта не рассматривается.
Эта физическая величина используется в тех случаях, когда для численного описания изучаемых процессов необходимо принимать во внимание микроскопическое строение вещества, например, в химии, при изучении процессов электролиза, или в термодинамике при описании уравнения состояния идеального газа.
Количество вещества при электролизе.
23 молекул) = 2,5 моль;m (O2) =32г/моль*2,5 моль = 80 г
Ответ: m (O2) = 80 г
По закону Авогадро, количество вещества газообразного вещества можно также определить на основе его объёма: n = V/Vm, где Vm — молярный объём газа при нормальных условиях (н.у.), равный 22,4 л/моль; V — объём газа при тех же условиях.
Задача 4 (уч. 8кл,с.59). Найти массу и объём, который займут 18*1020 молекул сероводорода H2S при н.у.
Дано:
N(H2S)= 18*1020 молекул; найти: m и V(h3S).
Решение:
Используем следующие формулы: m= M*n;
V= Vm* n; n= N/NA.
М(H2S)=1*2+ 32 = 34 мг/ммоль;
n(H2S)= 18*1020 : 6 * 1023 =3 ммоль;
m(H2S)= 34 мг/ммоль* 3 ммоль= 102 мг;
V(H2S)= 22,4 мл/ммоль* 3 ммоль= 67,2 мл.
Ответ: m(H2S)= 102 мг; V(H2S)= 67,2 мл.
Таким образом, справедлива формула, объединяющая основные расчёты с количеством вещества: n= m/M = N/NA =V/Vm.
Состояние идеального газа заданной массы характеризуется тремя параметрами: давлением Р, объёмом V и температурой Т. Между этими величинами были экспериментально установлены следующие соотношения.
1. При постоянной температуре
Р1V 1= V2Р2, или РV= const (закон Бойля-Мариотта).
2. При постоянном давлении
V1/Т1 = V2/ Т2, или V/Т = const (закон Гей-Люссака).
- При постоянном объёме
P1V1/T1 = P2V2/T2, или PV/T = const (закон Шарля).
Эти три закона объединил французский физик Б.Клапейрон в 1834 г. Значение постоянной в уравнении зависит только от количества вещества газа. Уравнение для одного моля газа было выделено Д.И.Менделеевым в 1874 г. Для одного моля газа постоянная называется универсальной газовой постоянной и обозначается R:
PV = RT, где R= 8,314 Дж/(моль*К)=0,0821 л*атм/(моль*К)
По соотношению количества веществ можно найти формулу неизвестного вещества, если известны массовые доли элементов.
Задача 5 (Ерёмин, т.1, с.36). определите формулу химического соединения, если массовые доли составляющих его элементов равны: Н — 2,04%, S — 32,65%; O — 65,31%.
Решение. По массовым долям элементов можно найти только простейшую формулу. Возьмём образец вещества массой 100 г и найдём отношение количеств элементов (в молях) в этом образце. Для этого следует разделить массу каждого элемента на его относительную атомную массу:
N(H):N(S):N(O) = 2,04/1:32,65/32:65,16/16 = 2,04:1,02:4,08
Наименьшее из чисел (1,02) принимаем за единицу и находим отношение:
N(H):n(S):n(O) = 2:1:4, что соответствует соединению: H2SO4.
Расчёт молярной доли также требует использование количества вещества.
Молярная доля N — отношение количества растворённого вещества n1 или растворителя n2 к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор. Если одно вещество растворено в другом, то молярная доля растворённого вещества
N1 = n1/n1+n2,
А молярная доля растворителя
N2 = n2/n1+n2
Молярную долю можно выражать в долях и в процентах(%).
Задача 6 (Практикум, с.116-117). Найти молярную долю сульфата натрия в 15%-ном его растворе.
Решение. В каждых 100 г раствора содержится 15 г Na2SO4 и 85 г H2O.
М(Na2SO4)= 142 г/моль; М(h2O)= 18 г/моль;
n1(Na2SO4) = 15/142 = 0,105; n1(Na2SO4) = 0,105 моль;
n2(H2O) = 85/18 = 4,722; n2(h3O) = 4,722 моль
N(Na2SO4) = n1/n1+n2 = 0,105/0,105 + 4,722 =0,021 (2,1%)
N(H2O) = n2/n1 + n2 = 4,722/0,105 + 4/722 = 0,98 (98%).
МОЛЯЛЬНОСТЬ раствора (Смл) выражают числом молей растворённого вещества, приходящихся на 1000 г растворителя, т.е. количество вещества n на 1000 г растворителя:
Смл = n/m1 * 1000, или Смл = n/m1-m2 * 1000,или Cмл = m3/M(m2-m3)*1000, где
- m1 — масса растворителя, г;
- m2 — масса раствора, г;
- m3 — масса растворённого вещества, моль;
- n — количество растворённого вещества, моль;
- М — молярная масса растворённого вещества, г/моль.
Растворы, для которых Смл=1; 2; 0,1; 0,01 моль/1000 г называются соответственного одно-, двух-, деци-, и сантимолярными.
Задача 7. Определить Смл водного раствора, в 200 г которого содержится 50,5 г KNO3.
Решение. М(KNO3)= 101 г/моль. Следовательно,
Смл= 50,5*1000: 101*(200-50,5)=3,3; Смл=3,3 моль в 1000 г Н2О
МОЛЯРНУЮ концентрацию СМ выражают числом молей растворённого вещества в 1 л раствора.
Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворённого вещества, называют одномолярным или молярным и обозначают М. Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль растворённого вещества, то его называют децимолярным и обозначают 0,1 М и т.д.
СМ =n/V, где n — количество вещества, моль, или
СМ = m/M*V, V — объём раствора, л.
Во многих формулах буквой n обозначают не только количество вещества, а и число распавшихся молекул, например, в формуле вычисления степени диссоциации; в другой — степень полимеризации в полимерах природных и искусственных.
Количество вещества многие химики обозначают греческой буквой ν (ню), что не рекомендуется, т.к. в химической термодинамике обозначается стереометрический коэффициент вещества в реакции, а он, по определению, положителен для продуктов реакции и отрицателен для реагентов. Да и в других формулах. Поэтому предлагаю для определения количества вещества предложить другую букву Ǩ, которую не использовали ни для каких измерений, чтобы не вызывало путаницы.
Литература
- Практикум по неорганической химии. Учебное пособие для студентов // Л.В.Бибич, С.А.Балезин, Ф.Б.Гликин и др. — 4-е изд.перераб. — М.: Просвещение, 1991.- 320 с.
- Кузьменко Н.Е. и др. Задачи по химии для абитуриентов — М., Просвещение, 1992. — 191 с.
- Кузьменко Н.Е. и др. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. В двух томах. 15-е изд., стереотип. — М.: Издательство «Экзамен», 2010.
- Хомченко Г.П., Хомченко И. Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. — 4-е изд.испр и доп. — М.: «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2004 — 278 с.
- Интернет-ресурсы
Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. — 4-е изд.испр и доп. — М.: «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2004 — 278 с.Физические величины — Химия LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Номера для чтения
- Авторы и авторство
Химия является количественной наукой. Количество веществ и энергий всегда надо выражать в числах и единицах (чтобы иметь какой-то смысл в том, о чем вы говорите).Вы также должны развивать ощущение количества каждый раз, когда сталкиваетесь с ним; вы должны быть знакомы с названием, префиксом и символом, используемым для различных величин.
Однако из-за того, что мы используем множество различных единиц измерения, выражение величин довольно сложно.
Мы будем иметь дело с числовой частью величин на этой странице, используя единицы СИ.
выражаются eXXX или EXXX.
Слова Префикс числа Символ Показатель степени ----- --------------------- ------ ------ -из 10-- Квиндриллион 1 000 000 000 000 000 e15 Триллион 1 000 000 000 000 Тера- Т e12 Миллиард 1 000 000 000 Giga-G e9 Миллион 1 000 000 Мега- M e6 Тысяча 1000 кило-к e3 Сто 100 Десять 10 Один 1 Десятый 0.1 Реш. Сотая 0,01 сантим. Тысячные 0,001 миллиметра e-3 Миллионная 0,000001 Микро- u (mu) e-6 Миллиардный 0,000000001 Нано- n e-9 Триллионная 0,000000000001 Пико-п е-12 ----- --------------------- ------ ------ -------
Вы, наверное, уже поняли, что каждый раз, когда число увеличивается в тысячу раз, мы даем новое имя, новый префикс и новый символ в его выражении.
Чтение чисел
После того, как вы познакомитесь со словами, связанными с этими числами, вы сможете с легкостью произносить числа. Рассмотрим следующее число:
123 456 789 101 234 567
Прописью это 18-значное число занимает несколько строк:
Сто двадцать три квиндриллиона, четыреста пятьдесят шесть триллионов, семьсот восемьдесят девять миллиардов, сто один миллион, двести тридцать четыре тысячи пятьсот шестьдесят семь.
Если количество использует этот номер, количество было измерено точно. Большинство величин не имеют точного измерения, чтобы гарантировать столько значащих цифр. Вышеупомянутое число часто может быть выражено как 123e15 или читать как сто двадцать три квиндриллиона.
В науке есть семь основных величин, и эти величины, их символы, названия их единиц и символы единиц перечислены ниже:
== Основное количество == ==== Единица =====
Имя Символ Символ Имя
============= ====== ====== ========
Длина л м метр
Масса м кг Килограмм
Время t с Секунда
Электрический ток I А Ампер (Кл/с)
Температура T K по Кельвину
Количество вещества н моль
Сила света I v кд Кандела
============= ====== ====== ========
*Ампер, А, равен кулонам в секунду (А = Кл/с).
Авторы и авторство
Измерения в химии – Химия
Глава 1 – Измерения в химии Этот контент также можно загрузить в формате PDF для печати или в интерактивном формате PDF.
Для интерактивного PDF требуется Adobe Reader для полной функциональности.
Этот текст опубликован в соответствии с лицензией Creative Commons, для ссылки и адаптации, пожалуйста, нажмите здесь.
Секции: Раздел 1: Химия и вещества Что такое химия? Физические и химические свойства Элементы и соединения Смеси Состояние вещества Раздел 2: Как ученые изучают химию Научный метод Раздел 3: Научное обозначение Видеоруководство Практические задачи Раздел 4: Единицы измерения Международная система единиц и метрическая системаПроизводные единицы СИ Раздел 5.
Выполнение измерений в лаборатории Точность и точностьТочность Значимые цифры
Точные номера
Правила округления
Видеоруководство
Вычисления со значащими цифрами
Преобразования и значение единиц
Коэффициенты пересчета Краткое содержание главы Каталожные номера
Раздел 1: Химия и вещества Что такое химия?
Все вокруг нас состоит из химических веществ.
От цвета, который делает розу такой красной, до бензина, которым заправляют наши автомобили, и кремниевых чипов, которыми питаются наши компьютеры и сотовые телефоны… Химия повсюду! Понимание того, как формируются и взаимодействуют химические молекулы, создавая сложные структуры, позволяет нам использовать силу химии и использовать ее, как набор инструментов, для создания многих современных достижений, которые мы видим сегодня. Это включает в себя достижения в области медицины, связи, транспорта, строительства инфраструктуры, науки о продуктах питания и сельского хозяйства, а также почти во всех других технических областях, которые вы можете себе представить.
Химия — это одна из областей науки. Наука — это процесс, посредством которого мы узнаем о естественной вселенной, наблюдая, проверяя, а затем создавая модели, объясняющие наши наблюдения. — это процесс, посредством которого мы узнаем о естественной вселенной, наблюдая, тестируя и затем создавая модели, объясняющие наши наблюдения.
Поскольку физическая вселенная так огромна, существует множество различных отраслей науки (рис. 1.1). Таким образом, химия — это изучение материи, биология — это изучение живых существ, а геология — это изучение горных пород и земли.Математика — это язык науки, и мы будем использовать его для передачи некоторых идей химии.
Хотя мы разделяем науку на разные области, между ними много общего. Например, некоторые биологи и химики так много работают в обеих областях, что их работа называется биохимией. Точно так же геология и химия пересекаются в области, называемой геохимией. На рис. 1.1 показано, сколько отдельных областей науки взаимосвязано.
Рис. 1.1: Отношения между некоторыми основными отраслями науки. Химия находится примерно посередине, что подчеркивает ее важность для многих отраслей науки.
Физические и химические свойства Частью понимания материи является способность ее описать. Один из способов, которым химики описывают материю, состоит в том, чтобы приписывать разные виды свойств разным категориям.
Свойства, которые химики используют для описания материи, делятся на две основные категории.Физические свойства — это характеристики, описывающие вещество, такие как температура кипения, температура плавления и цвет. Физические изменения, такие как плавление твердого тела в жидкость, не изменяют химическую структуру этого вещества. Химические свойства – это характеристики, описывающие, как изменяется химическая структура вещества в ходе химической реакции. Примером химического свойства является воспламеняемость — способность материала гореть, поскольку горение (также известное как горение) изменяет химический состав материала.
Любой образец вещества, имеющий одинаковые физические и химические свойства во всем образце, называется веществом. Существует два типа веществ. Вещество, которое нельзя разложить на химически более простые компоненты, называется элементом. Алюминий, который используется в банках с газировкой, является элементом.
Вещество, которое можно разложить на химически более простые компоненты (поскольку оно состоит из более чем одного элемента), является соединением. Вода представляет собой соединение, состоящее из элементов водорода и кислорода.Сегодня в известной Вселенной насчитывается около 118 элементов, которые организованы в фундаментальную схему, называемую Периодической таблицей элементов (рис. 1.2). Напротив, на сегодняшний день ученые идентифицировали десятки миллионов различных соединений.
Наименьшая часть элемента, сохраняющая идентичность этого элемента, называется атомом. Атомы чрезвычайно малы; чтобы сделать линию длиной 1 дюйм, вам понадобится 217 миллионов атомов железа! Точно так же наименьшая часть соединения, которая сохраняет идентичность этого соединения, называется молекулой.Молекулы состоят из атомов, которые соединены вместе и ведут себя как единое целое (рис. 1.2). Ученые обычно работают с миллионами атомов и молекул одновременно. Когда ученый работает
Рисунок 1.
2: ( Верхняя панель) Периодическая таблица элементов представляет собой упорядоченную диаграмму, содержащую все известные химические элементы. ( Нижняя панель ) Слева от стрелки показан один атом кислорода и два атома водорода. Каждый из них представляет отдельные элементы.Когда они объединяются в правой части, они образуют единую молекулу воды (H 2 O). Обратите внимание, что вода определяется как соединение, потому что каждая отдельная молекула состоит из более чем одного типа элемента, в данном случае из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
с большим количеством атомов или молекул одновременно, ученый изучает макроскопическую картину Вселенной. Однако ученые также могут описывать химические явления на уровне отдельных атомов или молекул, что называется микроскопической точкой зрения.В этой книге мы увидим примеры как макроскопических, так и микроскопических точек зрения (рис. 1.3).
Рисунок 1.
3. Сколько молекул нужно для точки в предложении? Хотя мы не замечаем этого с макроскопической точки зрения, материя состоит из микроскопических частиц, настолько крошечных, что необходимы миллиарды из них, чтобы образовалась точка, которую мы можем увидеть невооруженным глазом. X25 и X400 000 000 указывают, во сколько раз увеличено изображение.
Материал, состоящий из двух или более веществ, представляет собой смесь.В смеси отдельные вещества сохраняют свою химическую идентичность. Многие смеси представляют собой очевидные комбинации двух или более веществ, например смесь песка и воды. Такие смеси называются гетерогенными смесями. В некоторых смесях компоненты настолько тесно связаны, что действуют как единое вещество, хотя на самом деле таковыми не являются. Смеси с одинаковым составом на всем протяжении называются гомогенными смесями. Гомогенные смеси, которые перемешаны настолько тщательно, что ни один компонент нельзя наблюдать независимо от другого, называются растворами.
Сахар, растворенный в воде, является примером раствора. Металлический сплав, такой как сталь, является примером твердого раствора. Воздух, смесь в основном азота и кислорода, представляет собой газообразный раствор.
Рисунок 1.4: Гетерогенные и гомогенные смеси. Смесь содержит более одного вещества. На верхней панели вы видите пример гетерогенной смеси нефти и воды. Смесь неоднородна, потому что вы можете видеть два разных компонента в смеси.На нижней панели вы видите пример однородной смеси кофе. Он однороден, потому что вы не можете различить множество различных компонентов, из которых состоит чашка кофе (вода, кофеин, кофейные алкалоиды и дубильные вещества). Он выглядит одинаково во всем. Если смесь однородная, а также прозрачная или прозрачная, ее называют раствором. В нашем примере кофе — это раствор; однако концентрированный эспрессо может быть очень непрозрачным и представлять собой только однородную смесь, а не раствор.
Состояние вещества Другой способ классификации вещества состоит в том, чтобы описать его как твердое тело, жидкость или газ, как это было сделано в примерах растворов выше.
Эти три описания, каждое из которых подразумевает, что материя обладает определенными физическими свойствами, представляют собой три фазы материи. Твердое тело имеет определенную форму и определенный объем. Жидкости имеют определенный объем, но не определенную форму; они принимают форму своих контейнеров. Газы не имеют ни определенной формы, ни определенного объема, и они расширяются, чтобы заполнить свои сосуды.Мы сталкиваемся с материей в каждой фазе каждый день. На самом деле мы регулярно сталкиваемся с водой во всех трех фазах: лед (твердое тело), вода (жидкость) и пар (газ).
Из нашего опыта работы с водой мы знаем, что вещества могут переходить из одной фазы в другую при правильных условиях. Как правило, изменение температуры вещества (и, реже, оказываемого на него давления) может вызвать фазовый переход или физический процесс, при котором вещество переходит из одной фазы в другую (рис. 1.5). Фазовые изменения имеют определенные названия в зависимости от того, какие фазы задействованы, как показано в таблице 1.
1.
Рисунок 1.5. Анализ фазовых изменений. ( Верхняя панель ) Фотография кипящей воды демонстрирует фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное. Обратите внимание, что фазовые изменения являются физическим свойством молекулы. Вода все еще химически одна и та же (H 2 O) в твердом, жидком или газообразном состоянии. ( Нижняя панель ) Изменение температуры может привести к фазовым изменениям. Выше приведена температурная шкала фазовых переходов воды.Если к твердому льду добавить тепла, вода растает при 0 o С и закипит при 100 o С. Если отвести тепло от газообразной воды, она сконденсируется в жидкое состояние при 100 o С и замерзнет при 0 или С.
Итак, на рис. 1.6 «Классификация материи» показаны взаимосвязи между различными способами классификации материи.
Рисунок 1.6 Классификация материи.
Вещество можно классифицировать различными способами в зависимости от его свойств
(наверх)
Раздел 2: Как ученые изучают химию
Научный методКак работают ученые? Как правило, они следуют процессу, называемому научным методом.Научный метод — это организованная процедура изучения ответов на вопросы. Чтобы найти ответ на вопрос (например, «Почему птицы летят к экватору Земли в холодные месяцы?»), ученый выполняет следующие шаги, которые также показаны на рис. 1.7.
Рис. 1.7. Общие этапы научного метода. В реальной жизни шаги могут быть не такими четкими, как описано здесь, но большая часть научной работы следует этой общей схеме.
Предложите гипотезу. Ученый выдвигает идею или гипотезу, которую можно проверить, чтобы попытаться ответить на вопрос или объяснить, как устроена естественная вселенная.
Некоторые люди используют слово «теория» вместо «гипотезы», но слово «гипотеза» — правильное слово в науке. Для научных приложений слово теория — это общее утверждение, описывающее большой набор наблюдений и данных. Теория представляет собой высший уровень научного понимания и строится на широком массиве фактических знаний или данных.
Проверить гипотезу. Ученый оценивает гипотезу, разрабатывая и проводя эксперименты для ее проверки. Если гипотеза проходит проверку, она может быть правильным ответом на вопрос. Если гипотеза не проходит проверку, она не может быть хорошим ответом.
При необходимости уточните гипотезу. В зависимости от результатов экспериментов ученый может захотеть изменить гипотезу, а затем проверить ее снова. Иногда результаты показывают, что исходная гипотеза совершенно неверна, и в этом случае ученому приходится разрабатывать новую гипотезу.
Не все научные исследования достаточно просты, чтобы их можно было разделить на эти три отдельных этапа.
Но эти шаги представляют собой общий метод, с помощью которого ученые узнают о нашей естественной вселенной.
(наверх)
Раздел 3: Научное обозначение
Изучение химии может включать очень большие числа. Это может также включать числа, которые являются очень маленькими. Записывать такие числа и использовать их в полной форме проблематично, потому что мы потратили бы слишком много времени на запись нулей и, вероятно, сделали бы много ошибок! Есть решение этой проблемы.Это называется научной нотацией.
Научное представление позволяет нам выражать очень большие и очень маленькие числа, используя степени 10.
Напомним, что:
10
0 = 1 10 1 = 10 10 2 = 10010
3 = 1000 10 4 = 10000 10 5 = 100000 Как видите, степень, в которую возводится число 10, равно количеству нулей, следующих за единицей.
Это будет полезно для определения степени, которую следует использовать, когда мы выражаем числа в экспоненциальном представлении.
Возьмем очень большое число:
579, 000, 000, 000
и выразить его в экспоненциальном представлении.
Сначала мы находим коэффициент, представляющий собой число от 1 до 10, которое будет умножено на 10 в некоторой степени.
Наш коэффициент: 5,79
Это число будет умножено на 10, то есть в некоторой степени. Теперь давайте разберемся, что это за мощность.
Мы можем сделать это, подсчитав количество позиций, которые стоят между концом исходного числа и новой позицией десятичной точки в нашем коэффициенте.
5 . 7 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0
↑ ↑
Сколько позиций?
Мы видим, что между нашей десятичной запятой и концом исходного числа 11 позиций. Это означает, что наш коэффициент 5,79 будет умножен на 10 в 11-й степени.
Наше число, выраженное в экспоненциальной записи:
5,79 x 10
11 А как быть с очень маленькими числами?
Вы можете помнить, что:
10
-1 = 0.1 10 -2 = 0,01 10 -3 = 0,00110
-4 = 0,0001 10 -5 = 0,00001Количество пробелов справа от десятичной точки для нашей единицы равно числу в показателе степени, которое стоит за знаком минус. Это полезно иметь в виду, когда мы выражаем очень маленькие числа в научной нотации.
Вот очень маленькое число:
0,0000642
Выразим это число в экспоненциальном представлении.
Наш коэффициент будет 6,42
Это число будет умножено на 10 в некоторой степени, которая будет отрицательной. Давайте определим правильную мощность. Мы можем выяснить это, подсчитав, сколько позиций стоит между десятичной точкой в нашем коэффициенте и десятичной точкой в нашем исходном числе.
0 . 0 0 0 0 6 4 2
↑ ↑
Сколько позиций?
Между нашей новой запятой и запятой в исходном числе 5 позиций, поэтому наш коэффициент будет умножен на 10 в отрицательной 5-й степени.
Наш номер, записанный в экспоненциальном представлении:
6,42 x 10
-5Эти методы можно использовать для выражения любого большого или малого числа в экспоненциальном представлении.
ВИДЕО-ОБУЧЕНИЕ ПО ЗНАЧИМЫМ ЦИФРАМ:(наверх)
Раздел 4: Единицы измерения Международная система единиц и метрическая система
Международная система единиц, сокращенно SI от французского Système International D’unités, является основной системой единиц измерения, используемой в науке.С 1960-х годов Международная система единиц была принята на международном уровне в качестве стандартной метрической системы.
Базовые единицы СИ основаны на физических стандартах. Определения основных единиц СИ изменялись и продолжают изменяться, а новые основные единицы добавляются по мере развития науки. Каждая базовая единица СИ, кроме килограмма, описывается стабильными свойствами Вселенной.
Существует семь базовых блоков, перечисленных в таблице 1.2. В химии в основном используются пять основных единиц: моль для количества, килограмм для массы, метр для длины, секунда для времени и кельвин для температуры.Градус Цельсия ( o C) также обычно используется для обозначения температуры. Числовое соотношение между кельвинами и градусами Цельсия выглядит следующим образом:
К =
o С + 273 Размер каждой базовой единицы определяется международным соглашением. Например, килограмм определяется как количество массы специального металлического цилиндра, хранящегося в хранилище во Франции (рис. 1.8). Другие базовые единицы имеют аналогичные определения. Размеры базовых единиц не всегда удобны для всех измерений.
Например, метр — довольно большая единица для описания ширины чего-то столь же узкого, как человеческий волос. Вместо того, чтобы сообщать диаметр волос как 0,00012 м или даже 1,2 × 10 90 291 -4 90 292 м, SI также предоставляет ряд префиксов, которые могут быть присоединены к единицам, создавая единицы, которые больше или меньше в степени 10, известные как метрическая система.
Рисунок 1.8 Килограмм. Эталоном килограмма является платино-иридиевый цилиндр, хранящийся в специальном хранилище во Франции.Источник: Wikimedea (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:National_prototype_kilogram_K20_replica.jpg)
Общие префиксы и их мультипликативные коэффициенты перечислены в таблице 1.3 «Префиксы, используемые с единицами СИ». (Возможно, вы уже заметили, что основная единица измерения килограмм представляет собой комбинацию префикса «кило», означающего 1000 ×, и единицы массы, грамма.) Некоторые префиксы создают число, кратное исходной единице: 1 килограмм равен 1000 граммам ( или 1 кг = 1000 г), а 1 мегаметр равен 1 000 000 метров (или 1 Мм = 1 000 000 м).
Другие префиксы создают часть исходной единицы. Так, 1 сантиметр равен 1/100 метра, 1 миллиметр равен 1/1000 метра, 1 микрограмм равен 1/1 000 000 грамма и так далее.
Масса
Основной единицей массы в Международной системе единиц является килограмм. Килограмм равен 1000 грамм. Грамм — это относительно небольшое количество массы, поэтому большие массы часто выражаются в килограммах. Когда измеряются очень маленькие количества материи, мы часто используем миллиграммы, равные 0.001 грамм. Есть множество больших, меньших и средних единиц массы, которые также могут быть подходящими. В конце 18 века килограмм был массой литра воды. В 1889 году из платино-иридиевого сплава был изготовлен новый международный прототип килограмма. Килограмм равен массе этого международного прототипа, который хранится в Париже, Франция.
Масса и вес не одно и то же. Хотя мы часто используем термины «масса» и «вес» взаимозаменяемо, у каждого из них есть свое определение и использование.
Масса объекта является мерой количества вещества в нем. Масса (количество вещества) объекта остается неизменной независимо от того, где находится объект. Например, перемещение кирпича на Луну не приводит к исчезновению или удалению какой-либо материи из него.
Вес объекта определяется силой гравитации, действующей на объект. Вес равен произведению массы объекта на местное ускорение свободного падения. Таким образом, на Земле вес определяется силой притяжения между объектом и Землей.Поскольку сила тяжести не одинакова в каждой точке земной поверхности, вес объекта непостоянен. Гравитационное притяжение объекта варьируется в зависимости от того, где находится объект по отношению к Земле или другому объекту, создающему гравитацию. Например, человек, который весит 180 фунтов на Земле, весил бы всего 45 фунтов, если бы он находился в стационарном положении на высоте 4000 миль над поверхностью Земли. Тот же самый человек весил бы всего 30 фунтов на Луне, потому что гравитация Луны составляет всего одну шестую от земной.
Однако масса этого человека будет одинаковой в каждой ситуации. Для научных экспериментов важно измерять массу вещества, а не вес, чтобы сохранить согласованность результатов независимо от того, где вы проводите эксперимент.
Единицей длины в системе СИ является метр. В 1889 году метр определялся как слиток платино-иридиевого сплава, хранившийся в условиях, установленных Международным бюро стандартов.В 1960 году это определение стандартного метра было заменено определением, основанным на длине волны излучения криптона-86. В 1983 году это определение было заменено следующим: метр — это длина пути, пройденного светом в вакууме за промежуток времени в одну секунду.
Температура При использовании в научном контексте слова «тепло» и «температура» НЕ означают одно и то же. Температура представляет собой среднюю кинетическую энергию частиц, из которых состоит материал.Повышение температуры материала увеличивает его тепловую энергию.
Тепловая энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергии частиц, из которых состоит материал. Объекты не «содержат» тепла; скорее они содержат тепловую энергию. Тепло – это перемещение тепловой энергии от более теплого объекта к более холодному. Когда тепловая энергия переходит от одного объекта к другому, температура обоих объектов изменяется.
Термометр — это устройство для измерения температуры. Название состоит из слов «термо», что означает «тепло», и «метр», что означает «измерять».Температура вещества прямо пропорциональна средней кинетической энергии, которую оно содержит. Для того чтобы средняя кинетическая энергия и температура вещества были прямо пропорциональны, необходимо, чтобы при нулевой температуре средняя кинетическая энергия также была равна нулю. Необходимо было использовать в расчетах в науке третью температурную шкалу, в которой ноль градусов соответствует нулю кинетической энергии, то есть точке, в которой молекулы перестают двигаться.
Эта температурная шкала была разработана лордом Кельвином.Лорд Кельвин заявил, что нет верхнего предела того, насколько горячими могут стать вещи, но есть предел тому, насколько холодными могут стать вещи. В 1848 году Уильям Лорд Кельвин разработал идею абсолютного нуля, то есть температуры, при которой молекулы перестают двигаться и, следовательно, имеют нулевую кинетическую энергию. Это известно как температурная шкала Кельвина.
Шкала Цельсия основана на температуре замерзания и температуре кипения воды. Таким образом, 0 o С — это температура замерзания воды, а 100 o С — точка кипения воды.Большинству из нас знакомы температуры ниже точки замерзания воды. Должно быть очевидно, что хотя температура воздуха может быть -5 o C, молекулы воздуха все еще движутся (т. е. 0 o C не является абсолютным нулем). Такие вещества, как газообразный кислород и газообразный азот, уже плавятся и превращаются в пар при температурах ниже -150 o C.
Шкала Фаренгейта также определяется точками замерзания и кипения воды. Однако шкала отличается от шкалы Кельвина и Цельсия.По шкале Фаренгейта точка замерзания воды составляет 32 o F, а точка кипения воды составляет 212 o F. Для преобразования шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия можно использовать следующие преобразования:
[
o C] = ([ o F] -32) × 5/9 или [ o F] = [ o C] × 9/5 + 32Температурная шкала Кельвина имеет ноль при абсолютном нуле (определено как -273,15 o C) и использует ту же шкалу градусов, что и шкала Цельсия.Следовательно, математическое соотношение между шкалой Цельсия и шкалой Кельвина равно
.К =
o С + 273,15В случае со шкалой Кельвина знак градуса не используется. Температуры выражаются просто как 450 К и всегда положительны.
Время Единицей времени в СИ является секунда.
Первоначально секунда определялась как крошечная доля времени, необходимого Земле для обращения вокруг Солнца. С тех пор он несколько раз переопределялся.Определение секунды (установленное в 1967 г. и подтвержденное в 1997 г.) таково: продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Химики используют термин «моль» для обозначения большого количества атомов или молекул. Так же как дюжина подразумевает 12 вещей, моль (моль) представляет 6,022 × 10 23 вещей. Число 6,022 × 10 23 , названное числом Авогадро в честь химика XIX века Амедео Авогадро, — это число, которое мы используем в химии для представления макроскопических количеств атомов и молекул.Таким образом, если у нас есть 6,022 × 10 23 атомов кислорода, мы говорим, что у нас есть 1 моль атомов кислорода. Если у нас есть 2 моля атомов Na, мы имеем 2 × (6,022 × 10 23 ) атомов Na, или 1,2044 × 10 24 атомов Na.
Точно так же, если у нас есть 0,5 моль бензола (C 6 H 6 ) молекул, мы имеем 0,5 × (6,022 × 10 23 ) C 6 H 6 молекул 23 C 6 H 6 молекул.
Производные единицы представляют собой комбинации основных единиц СИ.Единицы можно умножать и делить, как можно умножать и делить числа. Например, площадь квадрата со стороной 2 см составляет 2 см × 2 см или 4 см2 (читается как «четыре сантиметра в квадрате» или «четыре квадратных сантиметра»). Обратите внимание, что мы возвели в квадрат единицу длины, сантиметр, чтобы получить производную единицу площади, квадратный сантиметр.
Объем Объем — важная величина, для которой используются производные единицы. Объем — это количество пространства, которое занимает данное вещество, и определяется геометрически как длина × ширина × высота.
Каждое расстояние может быть выражено с помощью единицы метра, поэтому объем имеет производную единицу m × m × m или m 3 (читается как «метры в кубе» или «кубические метры»). Кубический метр — это довольно большой объем, поэтому ученые обычно выражают объемы в единицах 1/1000 кубического метра. У этой единицы есть собственное название — литр (л). Литр немного больше, чем 1 кварта США по объему. (Таблица 1.4) дает приблизительные эквиваленты для некоторых единиц, используемых в химии.) Как показано на рисунке 1.9 «Литр», литр также равен 1000 см 3 .По определению, в 1 л содержится 1000 мл, поэтому 1 миллилитр и 1 кубический сантиметр представляют собой один и тот же объем.
Рисунок 1.9: Литр. Литр определяется как куб со стороной 10 см (1/10 метра). Миллилитр, 1/1000 литра, равен 1 кубическому сантиметру (1 см 3 ).
Энергия Энергия, еще одна важная величина в химии, — это способность выполнять работу.
Например, для перемещения коробки с книгами с одной стороны комнаты на другую требуется энергия. Производной единицей измерения является кг·м 2 /с 2 . (Точка между единицами кг и м 2 означает, что единицы перемножаются, а затем весь член делится на s 2 .) Поскольку эта комбинация громоздка, этот набор единиц переопределяется как джоуль (Дж). , что является единицей энергии в системе СИ. Также широко используется более старая единица измерения энергии — калория (кал). Есть:
4.184 Дж = 1 кал
Обратите внимание, что это отличается от нашего обычного использования больших «калорий» или «калорий», указанных на упаковках продуктов питания в Соединенных Штатах. Большая «Кал» на самом деле представляет собой килокалорию или ккал (рис. 1.10). Обратите внимание, что все химические процессы или реакции происходят с одновременным изменением энергии, и эта энергия может храниться в химических связях.
Рисунок 1.
10: Разница между килокалориями в научном и обычном использовании . Калории, представленные на упаковке пищевых продуктов, фактически относятся к килокалориям в научных терминах.
Плотность определяется как масса объекта, деленная на его объем; он описывает количество материи, содержащейся в данном объеме пространства.
плотность=масса/объемТаким образом, единицами плотности являются единицы массы, деленные на единицы объема: г/см3 или г/мл (для твердых тел и жидкостей соответственно), г/л (для газов), кг/м3 и т. д. . Например, плотность воды составляет около 1,00 г/мл, а плотность ртути — 13.6 г/мл. Меркурий более чем в 13 раз плотнее воды, а это означает, что он содержит в 13 раз больше вещества в том же объеме пространства. Плотность воздуха при комнатной температуре составляет около 1,3 г/л.
Раздел 5. Выполнение измерений в лаборатории Точность и точность Важно отметить различную терминологию, которую мы используем, говоря о науке.
Одним из таких наборов терминов является точность и аккуратность. Хотя в ненаучном сообществе точность и аккуратность часто используются как синонимы, чрезвычайно важно понимать разницу между этими терминами.Точность говорит вам, насколько близки два измерения друг к другу, а точность говорит вам, насколько близко измерение к известному значению. Измерение может быть точным, но не точным, или точным, но не точным; эти два термина НЕ связаны. Хорошую аналогию можно найти в игре в дартс (рис. 1.11). Игрок, который всегда попадает в одно и то же место слева от мишени для дротиков, будет точен, но не очень точен. Однако игрок в дартс, который находится по всей доске, но в среднем попадает в центр доски, будет точен, но не точен.Хороший игрок в дартс, как и хороший ученый, хочет быть точным и аккуратным.
Рисунок 1.11: Разница между точностью и точностью. Игра в дартс может быть использована, чтобы показать разницу между точностью и точностью.
Взято из: https://upload.
wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5d/Reliability_and_validity.svg/717px-Reliability_and_validity.svg.png
Как правило, в лаборатории точность является мерой того, насколько хорошо откалибровано ваше оборудование.Например, если ваши весы неправильно откалиброваны, вы можете проводить очень точные повторные измерения, но измерения не будут отражать истинное значение. С другой стороны, точность обычно определяется тем, насколько тщательно ученый проводит измерения. Если вы проявите неосторожность и по дороге прольете часть пробы, ваши измерения в повторных экспериментах не будут точными, даже если ваши весы точны.
Значащие цифры Важно понимать, что значения научных измерений никогда не бывают точными на 100 %.Наши приборы измеряют только с определенным уровнем точности. Таким образом, мы можем выбирать различные инструменты для измерения в зависимости от уровня точности, необходимого для эксперимента. Из-за присущей любому измеренному числу неточности мы должны отслеживать различные уровни точности каждого числа со значащими цифрами.
Значащие цифры измеряемой величины определяются как все достоверно известные цифры и первая неопределенная, или расчетная, цифра. Нет смысла сообщать какие-либо цифры после первой неопределенной, поэтому это последняя цифра, сообщаемая в измерении.Нули используются, когда необходимо разместить значащие цифры на их правильных позициях. Таким образом, нули могут быть или не быть значащими цифрами. Значимые цифры применимы в реальном мире, поскольку они позволяют нам количественно оценить точность любого типа измерения. Чтобы определить, сколько чисел в измерении имеет значение, вы можете следовать небольшому набору правил, показанных ниже и справа.
Рисунок 1.12: Измерение объекта до правильного количества значащих цифр.
Сколько цифр должно отображаться в этом измерении?
Правильный ответ: 3! Два, которые вы знаете наверняка + предполагаемая позиция… для этого чтения это будет близко к 1.37
Точные номера Точные числа — это числа, которые не измеряются научным прибором.
Они либо используются в качестве определений для определения понятия или терминологии, либо производятся путем подсчета суммы чего-то присутствующего. Примером точного числа может быть количество яиц в коробке или определенная единица, например, 100 см в 1 м. Точные числа, например количество людей в комнате, НЕ влияют на количество значащих цифр в расчетах, выполненных с использованием измеренных значений.
В научных операциях правила округления могут немного отличаться от тех, к которым вы привыкли. Обычные правила округления предполагают, что если число равно 4 или меньше, оно должно быть округлено в меньшую сторону, а если оно равно 5 или больше, оно должно быть округлено в большую сторону. Однако обратите внимание, что 5 находится прямо посередине и вызывает проблему при использовании этих обычных правил округления. Если у вас есть большой набор данных, который нужно округлить, использование этого правила округления приведет к смещению в вашем наборе данных (т.
е. 4/9 времени вы будете округлять в меньшую сторону, а 5/9 времени — в большую). В большом наборе данных такое смещение неприемлемо.
В научном округлении мы обычно используем правило под названием «Округление до четного». более высокое число. Однако, если число, которое вы округляете, равно 5, то вы округляете до четного числа. Это помогает уменьшить смещение выборки, которое может возникнуть при округлении больших наборов данных.
Расчеты со значащими цифрами Первое, что нужно понять перед выполнением каких-либо расчетов в науке, это то, что все измеряемые числа настолько хороши, насколько хорош инструмент, используемый для их измерения. Даже с помощью самого лучшего инструмента измеренное число никогда не будет на 100% точным. Ученые используют правило «достаточно хорошей» точности, означающее, что мы принимаем неотъемлемую степень неточности в каждом измерении, которое мы проводим, до тех пор, пока конечный результат достаточно близок к тому, чего мы хотим.
Эта концепция становится опасной, когда мы начинаем использовать эти «достаточно хорошие» числа для любых расчетов, если мы не будем тщательно отслеживать наши значащие цифры, наши числа могут быстро потерять свой «достаточно хороший» статус. Чтобы защитить свои «достаточно хорошие» цифры, научное сообщество установило определенные правила выполнения любых расчетов; в этом разделе нам нужно рассмотреть только два очень важных правила: правило сложения/вычитания и правило умножения/деления.
- Найдите число с наименьшим количеством знаков после запятой и следите за количеством знаков после запятой
- Выполнить сложение/вычитание
- Округлить окончательный ответ до наименьшего количества десятичных знаков, найденных на шаге 1
- Подсчитайте количество значащих цифр в каждом числе (следите за количеством значащих цифр)
- Выполнить умножение/деление
- Округлите окончательный ответ до наименьшего количества значащих цифр, найденных на шаге 1
- Используя порядок операций, разбейте проблему на несколько шагов
- Выполните любые шаги сложения/вычитания в соответствии с правилом сложения/вычитания (пока не округляйте, просто следите за правильным количеством десятичных знаков при нахождении количества значащих цифр)
- Выполнить умножение/деление с использованием правила умножения/деления
- Округлить окончательный ответ до правильного количества значащих цифр
Способность конвертировать одну единицу измерения в другую является важным навыком.
Например, медсестра с таблетками аспирина по 50 мг, которая должна дать пациенту 0,2 г аспирина, должна знать, что 0,2 г равняется 200 мг, поэтому необходимо 4 таблетки. К счастью, есть простой способ конвертировать из одних единиц в другие.
Если вы выучили единицы СИ и префиксы, описанные в разделе 1.4 «Единицы измерения», то вы знаете, что 1 см равен 1/100 метра или:
100 см = 1 мПредположим, мы делим обе части уравнения на 1 м (и число, и единицу измерения; обратите внимание, что крайне важно всегда записывать единицы измерения! Это позволяет избежать путаницы и ошибок при выполнении преобразований.):
Пока мы выполняем одну и ту же операцию с обеих сторон знака равенства, выражение остается равенством. Посмотрите на правую часть уравнения; теперь у него такое же количество в числителе (вверху), как и в знаменателе (внизу). Любая дробь, имеющая одинаковое количество в числителе и знаменателе, имеет значение 1:
.
Мы знаем, что 100 см — это 1 м, поэтому у нас сверху и снизу нашей дроби одинаковое количество, хотя и выраженное в разных единицах.Дробь, имеющая эквивалентные величины в числителе и знаменателе, но выраженная в разных единицах, называется коэффициентом пересчета
.
Обратите внимание, что коэффициенты пересчета могут быть записаны как в числителе, так и в знаменателе и использоваться в зависимости от задачи, которую вы хотите решить. Это потому, что оба члена равны 1
Вот простой пример. Сколько сантиметров в 3.55 м? Возможно, вы сможете определить ответ в своей голове. Если в каждом метре 100 см, то 3,55 м равно 355 см. Чтобы решить задачу более формально с помощью коэффициента пересчета, сначала запишем полученную величину 3,55 м. Затем мы умножаем это количество на коэффициент преобразования, который аналогичен умножению на 1. Мы можем записать 1 как 100 см/1 м и умножить:
Поскольку m, сокращение от метров, встречается как в числителе, так и в знаменателе нашего выражения, они сокращаются.
Последним шагом является выполнение расчета, который остается после отмены единиц измерения. Обратите внимание, что КРИТИЧЕСКИ важно сохранить правильные единицы измерения в окончательном ответе, иначе это не будет иметь смысла. Обобщенное описание этого процесса выглядит следующим образом:
Вам может быть интересно, почему мы используем кажущуюся сложной процедуру для простого преобразования. В более поздних исследованиях проблемы преобразования, с которыми вы столкнетесь, не всегда будут такими простыми.Если вы освоите технику применения коэффициентов пересчета, вы сможете решать самые разные задачи.
В предыдущем примере мы использовали дробь 100 см/1 м в качестве коэффициента пересчета. Коэффициент пересчета 1 м/100 см также равен 1? Да; у него то же количество в числителе, что и в знаменателе (за исключением того, что они перевернуты). Почему мы не использовали этот коэффициент преобразования? Если бы мы использовали второй коэффициент пересчета, исходная единица не отменилась бы, и результат был бы бессмысленным.
Вот что мы бы получили:
НЕПРАВИЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕВОДА!!
Вы видите, что ни один из юнитов не отключился. Чтобы ответ был осмысленным, мы должны построить коэффициент преобразования в форме, при которой исходная единица уравновешивается. На рис. 1.13 «Концептуальная карта для конверсий» показана концептуальная карта для построения правильной конверсии.
Рис. 1.13 Концептуальная карта конверсий. Вот как вы создаете коэффициент преобразования для преобразования из одной единицы в другую.
(наверх)
Краткое содержание главы Каталожные номера:
Материалы главы 1 были адаптированы и изменены из следующих ресурсов Creative Commons, если не указано иное:
1. Анонимно. (2012) Введение в химию: общая, органическая и биологическая (V1.0). Опубликовано Creative Commons by-nc-sa 3.
0. Доступно по адресу: http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/index.html
2. Поулсен Т. (2010) Введение в химию. Опубликовано Creative Commons by-nc-sa 3.0. Доступно по адресу: http://openedgroup.org/books/Chemistry.pdf
3. OpenStax (2015) Атомы, изотопы, ионы и молекулы: строительные блоки. OpenStax CNX. Доступно по адресу: http://cnx.org/contents/be8818d0-2dba-4bf3-859a-737c25fb2c99@12.
%PDF-1.5 % 1037 0 объект> эндообъект внешняя ссылка 1037 133 0000000016 00000 н 0000003733 00000 н 0000004153 00000 н 0000002956 00000 н 0000004198 00000 н 0000004327 00000 н 0000004499 00000 н 0000004649 00000 н 0000004741 00000 н 0000004778 00000 н 0000004868 00000 н 0000004956 00000 н 0000005531 00000 н 0000005654 00000 н 0000014207 00000 н 0000025964 00000 н 0000029696 00000 н 0000029770 00000 н 0000029848 00000 н 0000029944 00000 н 0000030056 00000 н 0000030100 00000 н 0000030190 00000 н 0000030234 00000 н 0000030332 00000 н 0000030376 00000 н 0000030477 00000 н 0000030521 00000 н 0000030620 00000 н 0000030664 00000 н 0000030796 00000 н 0000030840 00000 н 0000030926 00000 н 0000031018 00000 н 0000031129 00000 н 0000031173 00000 н 0000031314 00000 н 0000031358 00000 н 0000031457 00000 н 0000031654 00000 н 0000031822 00000 н 0000031866 00000 н 0000031965 00000 н 0000032058 00000 н 0000032173 00000 н 0000032217 00000 н 0000032371 00000 н 0000032415 00000 н 0000032530 00000 н 0000032633 00000 н 0000032788 00000 н 0000032832 00000 н 0000032943 00000 н 0000033038 00000 н 0000033190 00000 н 0000033234 00000 н 0000033319 00000 н 0000033410 00000 н 0000033561 00000 н 0000033604 00000 н 0000033716 00000 н 0000033842 00000 н 0000033950 00000 н 0000033993 00000 н 0000034036 00000 н 0000034186 00000 н 0000034229 00000 н 0000034354 00000 н 0000034397 00000 н 0000034538 00000 н 0000034581 00000 н 0000034624 00000 н 0000034667 00000 н 0000034781 00000 н 0000034825 00000 н 0000034926 00000 н 0000034970 00000 н 0000035072 00000 н 0000035116 00000 н 0000035224 00000 н 0000035268 00000 н 0000035378 00000 н 0000035422 00000 н 0000035533 00000 н 0000035577 00000 н 0000035673 00000 н 0000035717 00000 н 0000035827 00000 н 0000035871 00000 н 0000035968 00000 н 0000036012 00000 н 0000036116 00000 н 0000036160 00000 н 0000036284 00000 н 0000036328 00000 н 0000036438 00000 н 0000036482 00000 н 0000036586 00000 н 0000036630 00000 н 0000036674 00000 н 0000036718 00000 н 0000036815 00000 н 0000036859 00000 н 0000036977 00000 н 0000037021 00000 н 0000037117 00000 н 0000037161 00000 н 0000037283 00000 н 0000037327 00000 н 0000037459 00000 н 0000037503 00000 н 0000037627 00000 н 0000037671 00000 н 0000037788 00000 н 0000037832 00000 н 0000037876 00000 н 0000037920 00000 н 0000037964 00000 н 0000038008 00000 н 0000038132 00000 н 0000038176 00000 н 0000038220 00000 н 0000038264 00000 н 0000038395 00000 н 0000038439 00000 н 0000038551 00000 н 0000038595 00000 н 0000038639 00000 н 0000038683 00000 н 0000038784 00000 н 0000038828 00000 н 0000038872 00000 н 0000038916 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 1040 0 объект > поток xb«`c`e`f«cg@
ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ХИМИИ
Один из важной частью научной работы является измерение физических величин, таких как как масса, объем, длина, энергия, температура и т.
Интересно отметить
это все
эти количества могут быть выражены через несколько основных единиц. За
Например, в повседневной жизни мы сталкиваемся с рядом измерений, таких как
килограммы (для массы), литры (для объема), метры (для измерения длины)
и т. д. В дополнение к этим общим измерениям нам необходимо измерить ряд
другие величины, такие как концентрация, температура, давление, плотность, количество
электрический заряд и т. д.«Все такие количества, с которыми мы сталкиваемся во время Научных исследований, называются
физические величины».
физический Таким образом, количество относится к результату операции измерения.
Это включает в себя сравнение измеряемой величины с некоторым фиксированным эталоном.
Например, если нас интересует печать зная длину карандаша, операции будут такими: (i) заложить карандаш параллельно сантиметровой шкале и (ii) считать количество отметок на шкале. Предположим,
количество маркировок 9,5. Это означает, что лист бумаги в 9,5 раз
длиннее одной единицы измерения.
Нет смысла говорить, что длина
бумага 9,5. Однако, если мы присоединим сантиметр, единицу длины, к числовому
цифра, т. е. 9,5 см, станет более подходящей. Таким образом, измеренный
физическая величина выражается двумя частями: числовым коэффициентом и
Блок.
«Единица может быть определяется как эталон, выбранный для измерения или выражения любого физического количество».
Масса одного моля вещества равна молярной массе,
1мольNa=22.
{23}}\,молекулы}{молярная\,масса\,(г)}6,02×1023молекулмолярмасса(г)=1=молярная масса(г)6,02×1023молекул
В случае молекул или формульных единиц молярная масса рассчитывается следующим образом: Поскольку присутствуют две молекулы кислорода, 2 x 16,00 = 32,00 г/моль (читайте, что 32,00 г кислорода содержится в 1 моль молекулы O₂), где 16,00 — молярная масса атома кислорода. Можно перевести моль вещества в г этого вещества.
| 1 молекула C₂H₆O | 1 моль C₂h₆o содержит | Молекулярное отношение (I) | Молекулярное отношение (II) | |
|---|---|---|---|---|
| 2 атомы углерода | 2 моль углерода атомов | 2 моль атомов углерода / 1 моль C2H6O | 1 моль C2H6O / 2 моль атомов углерода | |
| 6 атомов водорода | 6 моль атомов водорода | 6 моль атомов водорода | C₂H₆O | 1 моль C₂H₆O / 6 моль атомов водорода |
| 1 атом кислорода | 1 моль кислорода атом кислорода | 1 моль кислорода атома / 1 моль C₂H₆O | 1 моль C₂H₆O / 1 моль атом кислорода |
Можно использовать это молекулярное соотношение для определения молей элементов, пусть нужно будет разработать несколько примеров — образец содержит 2.
\prime}C2H6O′ является общим в числителе и знаменателе; следовательно, отменяется, давая нам требуемый моль углерода.
Аналогично для водорода и кислорода. {O}} \times 6{\rm{mol}}C2H6O×6mol атомов водорода /1mol/1{\rm{mol}}/1mol C2H6O=15mol{{\rm{C}}_2 }{{\rm{H}}_6}{\rm{O}} = 15{\rm{моль}}C2H6O=15моль углерода.
2,5моль2,5{\rm{моль}}2,5моль C2H6O×6моль{{\rm{C}}_2}{{\rm{H}}_6}{\rm{O}} \times 6{ \rm{моль}}C2H6O×6моль атома кислорода /1моль/1{\rm{моль}}/1моль C2H6O=2.5mol{{\rm{C}}_2}{{\rm{H}}_6}{\rm{O}} = 2,5{\rm{mol}} C2H6O=2,5mol углерода.
шт.
шт.Единицы
Английская система единиц
Существует несколько систем единиц, каждая из которых содержит единицы для такие свойства, как длина, объем, вес и время. В английской системе единицы определяются произвольно.
| Длина: дюймы (дюймы), футы (футы), ярды (ярды), мили (ми) | |||||
| 12 дюймов = 1 фут | 5280 футов = 1 миля | ||||
| 3 фута = 1 ярд | 1760 ярдов = 1 миля | ||||
| Объем: жидкая унция (oz), чашка (c), пинта (pt), кварта (кварт), галлон (гал) | |||||
| 2 с = 1 балл | 32 унции = 1 кварта | ||||
| 2 балла = 1 кварта | 4 кварты = 1 галлон | ||||
| Вес: унция (унция), фунт (фунт), тонна | |||||
| 16 унций = 1 фунт | 2000 фунтов = 1 тонна | ||||
| Время: секунда (с), минута (мин), час (ч), день (д), год (у) | |||||
| 60 с = 1 мин | 24 часа = 1 день | ||||
| 60 мин = 1 час | 365 1 / 4 д = 1 г | ||||
Метрическая система
Метрическая система основана на основных единицах измерения длины,
объем и масса.
| Длина: | метр (м) | |
| Объем: | литр (л) | |
| Масса: | грамм (г) |
Базовые единицы метрической системы могут быть преобразованы в более подходящие единицы. для измеряемой величины путем добавления префикса к названию базовой единицы.То общие метрические префиксы приведены ниже.
Префиксы метрической системы
| Префикс | Символ | Значение | |||
| фемто- | ф | x 1/1 000 000 000 000 000 (10 -15 ) | |||
| пико- | р | x 1/1 000 000 000 000 (10 -12 ) | |||
| нано- | н | x 1/1 000 000 000 (10 -9 ) | |||
| микро- | x 1/1 000 000 (10 -6 ) | ||||
| милли- | м | x 1/1000 (10 -3 ) | |||
| центи- | с | x 1/100 (10 -2 ) | |||
| деци- | д | х л/10(10 -1 ) | |||
| кило- | к | x 1000 (10 3 ) | |||
| мега- | М | x 1 000 000 (10 6 ) | |||
| гига- | Г | x 1 000 000 000 (10 9 ) | |||
| тера- | Т | x 1 000 000 000 000 (10 12 ) | |||
Основные единицы длины и объема связаны в метрической системе.
По определению,
литр равен объему куба высотой ровно 10 см, длиной 10 см и шириной 10 см.
Потому что объем этого куба 1000 кубических сантиметров, а в литре содержится 1000
миллилитров, 1 миллилитр равен 1 кубическому сантиметру.
1 мл = 1 см 3
Базовые единицы объема и веса также связаны. Первоначально грамм определялся как масса 1 мл воды при 4 градусах Цельсия.
1 г = 1 мл H 2 O при 4°C
Масса в сравнении с весом
Масса является мерой количества материи в объекте, поэтому масса объекта постоянно.
Вес является мерой силы притяжения земли, действующей на объект. Вес объекта непостоянен.
Масса является более фундаментальной величиной, чем вес. Нет английского эквивалента
глагол весить , который можно использовать для описания того, что происходит, когда масса объекта
измерено.
Поэтому вы, вероятно, столкнетесь с терминами , весящими и , весящими .
для операций и количеств, которые более точно связаны с термином масса .
Единицы измерения СИ
В 1960 году Международная система единиц была предложена в качестве замены Метрическая система. Семь основных единиц системы СИ приведены ниже.
Базовые единицы SI
| Физическое количество | Наименование подразделения | Символ | ||
| длина | метр | м | ||
| масса | килограмм | кг | ||
| время | секунд | с | ||
| температура | кельвин | К | ||
| электрический ток | ампер | Д | ||
| количество вещества | моль | моль | ||
| сила света | кандела | компакт-диск |
Производные единицы Si
Единицы каждого измерения в системе СИ должны быть получены
от одной или нескольких из семи базовых единиц.
Некоторые из распространенных производных единиц СИ, используемых в
химия приведена ниже.
Распространенные производные единицы СИ в химии
| Физическое количество | Наименование подразделения | Символ | ||
| плотность | кг/м 3 | |||
| электрический заряд | кулон | С (Ас) | ||
| электрический потенциал | вольт | В (J/C) | ||
| энергия | джоулей | Дж (кг-м 2 /с 2 ) | ||
| сила | ньютонов | Н (кг-м/с 2 ) | ||
| частота | герц | Гц (с -1 ) | ||
| давление | паскалей | Па (Н/м 2 ) | ||
| скорость (скорость) | метров в секунду | м/с | ||
| объем | куб. м | м 3 |
Единицы, не входящие в систему СИ
Строгое соблюдение единиц СИ потребует изменения указаний, таких как «добавить 250 мл воды в 1-литровый стакан», чтобы «добавить 0.00025 кубометров воды до 0,001-м 3 контейнер.» Из-за этого ряд единиц, которые не являются строго допустимыми в соглашение SI все еще используется. Некоторые из этих единиц, не входящих в систему СИ, приведены ниже.
Общеупотребительные единицы, не входящие в систему СИ
| Физическое количество | Наименование подразделения | Символ | ||||||
| том | литр | л (10 -3 м 3 ) | ||||||
| длина | ангстрем | Д (0. 1 нм) | ||||||
| давление | атмосфера | атм (101,325 кПа) | ||||||
| торр | мм рт.ст. (133,32 Па) | |||||||
| энергия | электрон-вольт | эВ (1.601 x 10 -19 Дж) | ||||||
| температура | градусов Цельсия | ЕС (К — 273.15) | ||||||
| концентрация | молярность | М (моль/л) | ||||||
Преобразование единиц измерения
| Длина | |
1 м = 1. 094 ярда | 1 ярд = 0,9144 |
| Том | |
| 1 л = 1,057 кварты | 1 кварта = 0,9464 |
| Масса | |
| 1 г = 0,002205 фунта | 1 фунт = 453,6 г |
единиц | Ошибки | Значимые цифры | Научное обозначение
Вернуться к теме «Общая химия» Отзыв
Единицы и величины для аналитической химии (справочный документ)
Общепринято, что измерение интересующей величины должно быть представлено в виде произведения числового значения и единицы измерения (мы также должны включить оценку неопределенности измерения, но это выходит за рамки данного технического описания). Международная система единиц (СИ) обеспечивает единственную в мире практическую систему последовательных единиц измерения для этой цели. Для простоты выражения и понимания, как правило, предпочтительно, чтобы представленное числовое значение находилось в диапазоне от 1 до 100. Их можно назвать числами в «человеческом масштабе», с которыми легко соотносить, осмысливать и передавать. Для достижения этой цели в СИ используются «префиксы СИ», что позволяет нам писать 2,3 км, а не 2300 м. В равной степени мы могли бы использовать научную номенклатуру, чтобы записать, возможно, более неэлегантно, 2.3 × 10 3 м. Отклонение от этих согласованных практик может привести к путанице при передаче результатов измерений. В этом техническом обзоре описываются единицы СИ и величины, доступные для использования в аналитической химии, и объясняется, какие меры предосторожности следует соблюдать при использовании альтернативных подходов. Один принцип остается важным для облегчения понимания: описание выражаемой величины всегда должно быть недвусмысленно сформулировано словами как часть представления результата измерения.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова? .