Атомы микроскопичны, и поэтому их сложно сосчитать. Узнайте о важности понимания моля, который представляет собой просто большое число или количество чего-либо, также известного как число Авогадро, и о том, как он помогает ученым подсчитывать большое количество атомов.
Подсчет атомов
«Подойдите к весам и измерьте 56 триллионов атомов железа . Затем объедините их со 108 миллиардами молекул кислорода». Надеюсь, вы заметили недостатки в этих заявлениях. Как вы собираетесь отмерять 56 триллионов атомов железа? Должен быть способ подсчитывать и измерять атомы, но поскольку они такие маленькие, и мы обычно будем иметь дело с очень многими из них, необходимо использовать другой метод для подсчета и измерения этих маленьких парней.
Если дюжина апельсинов весит около 5 фунтов, и я хочу, чтобы вы принесли мне 50 дюжин апельсинов, что вы можете сделать? Что ж, вы можете либо отсчитать 600 апельсинов, что займет некоторое время, либо продолжать добавлять апельсины на весы, пока не достигнете 250 фунтов (это 50 дюжин x 5 фунтов на дюжину = 250 фунтов). Я бы выбрал второй вариант, потому что тогда мне не пришлось бы беспокоиться о том, не сбился ли я со счета, и мне не нужно было бы следить за апельсинами. Мне просто нужно сосредоточиться на том, чтобы получить 250 фунтов апельсинов.
Верхняя стрелка показывает атомный номер; нижняя стрелка указывает на атомный вес.
Точно такая же идея используется в химии, потому что было бы нелепо подсчитывать отдельные атомы. Опять же, как и в случае с апельсинами, мы будем полагаться на их вес как на инструмент, который поможет нам их сосчитать. Так будем ли мы группировать их по десяткам и взвешивать в фунтах? Возможно нет. Мы будем использовать то, что уже знаем о весе или массе атома. Мы можем найти атомный вес прямо под его символом в периодической таблице. Что вы заметите, когда атомный номер (верхнее число в каждом поле) увеличится? Вы должны увидеть, что при движении слева направо и сверху вниз по периодической таблице атомный номер (количество протонов) увеличивается на 1, а также увеличивается атомный вес. Атомы каждого элемента становятся тяжелее, потому что они содержат больше протонов и нейтронов (ну, и электронов тоже, но на массу это особо не влияет).
Таким образом, атомы каждого элемента имеют разную массу. Например, средний атом железа будет иметь массу 55,8 а.е.м. Помните, что 1 а.е.м. очень мала, примерно как масса протона или нейтрона. Поскольку весы в химической лаборатории не измеряются в а.е.м., нам нужно масштабировать это до того, что они измеряют : граммов. Сколько amu равно 1 грамму? Ответ на это — очень, очень большое число: 6,02 x 10 23 . То есть 602 000 000 000 000 000 000 000. Я даже не знаю, как называется этот номер. Ничего страшного, потому что у этого числа есть свое особое имя (вроде как у 12 есть свое особое имя: дюжина). Его специальное название — число Авогадро , которое названо в честь этого парня. Число Авогадро чаще называют « кротом ». Родинка — это просто большое число, способ подсчитать, сколько чего-то у вас есть, и, очевидно, очень большое число. Оно всегда равно 6,02 x 10 23 . Это количество amu в 1 грамме, поэтому 1 моль amu равен 1 грамму.
Это относительно простая концепция, но она, как правило, является одним из самых больших препятствий для изучения химии, потому что это число настолько велико, что мозгу трудно даже его понять. Вот пример: если бы у меня была моль из баскетбольных мячей (6,02 x 10 23 баскетбольных мячей), она была бы почти такого же объема, как Земля! Готовы к другому? Если бы у меня был моль долларов, и я тратил миллиард долларов каждую секунду, мне потребовалось бы более 19 миллионов лет, чтобы потратить все это!
Моль используется для подсчета очень большого количества чего-либо, например атомов железа.
Ладно, вернемся к химии. Если 1 моль amu имеет такую же массу, как 1 грамм, а 1 атом водорода имеет массу 1 а.е.м., то 1 моль атомов водорода будет иметь массу 1 грамм! Что с нашим железом из начала этого урока? Если 1 атом железа имеет массу 55,8 amu, то моль атомов железа (их 6,02 х 10 23 ) будет иметь массу 55,8 грамма!
Упражнение
Давайте возьмем эту концепцию и немного попрактикуемся с ней. Возьмите под рукой свою периодическую таблицу и не стесняйтесь приостанавливать видео, чтобы найти ответы самостоятельно, прежде чем я объясню ответ.
Сначала найдите золото в таблице Менделеева. Он имеет символ Au и расположен немного правее центра таблицы. Допустим, у меня есть куча золота, и его масса составляет 197 граммов. Сколько у меня молей атомов золота? Ответ - 1 моль атомов золота. Если бы я мог сосчитать каждый отдельный атом, сколько бы их у меня было? Ответ - 6,02 х 10 23 атома золота! Обратите внимание, как я начал с того, что мне дали, а затем я умножил на коэффициент пересчета, который на самом деле является просто равенством, которое я превращаю в дробь, чтобы иметь возможность отменить единицы, которые мне не нужны, и превратить их в единицы, которые мне действительно нужны.
Вот еще один. Найдите кальций в таблице Менделеева. Он имеет символ Ca и расположен с левой стороны. Кубик сыра чеддер содержит 3,01 х 10 23 атома кальция. Сколько молей атомов кальция в нем содержится? Ответ - половина моля, потому что 1 моль равен 6,02 х 10 23 , таким образом, половина моля была бы равна 3,01 х 10 23 атомам. Итак, если он содержит 0,500 молей атомов кальция, то какую массу он будет иметь? Ответ - около 20 граммов. Масса 1 атома кальция равна 40 amu, таким образом, масса моля атомов кальция составила бы 40 граммов. Однако у нас недостаточно для полного крота, только половина крота, так что масса составит 20 граммов.
Одна последняя проблема. Найдите гелий в таблице Менделеева в правом верхнем углу. Если я наполню воздушный шар 2 молями атомов гелия, сколько атомов гелия будет в воздушном шаре? Если 1 моль атомов равен 6,02 х 10 23 атома, то 2 моля атомов будут равны 1,20 х 10 24 атома. Обычно вы можете не думать, что гелиевый шар имеет какую-либо массу, но это так; просто он настолько менее плотный, чем воздух, что плавает в воздухе. Итак, если у меня есть 2 моля атомов гелия, какова была бы масса всех этих атомов гелия? Ответ - около 8 граммов. Если 1 атом гелия имеет массу около 4 аме, то 1 моль атомов гелия будет иметь массу 4 грамма. Нас спросили о 2 молях, поэтому нам нужно было бы удвоить это значение, получив 8 граммов!
Краткое содержание урока
Вот несколько полезных советов, которые следует использовать при решении подобных проблем. Во-первых, оцените. У вас будет очень большое количество? Может быть, очень маленький? Кроме того, всегда напоминайте себе, что моль - это всего лишь обычное число: точно так же, как дюжина равна 12, моль равен 6,02 х 10 23. Да, это большое число, но оно всегда будет одним и тем же, говорите ли вы о баскетбольных мячах, долларовых купюрах или атомах. Далее, не бойтесь периодической таблицы; это очень полезно, особенно атомная масса, потому что она не только дает вам массу (в единицах измерения) 1 атома этого элемента, но также дает вам массу (в граммах) целого моля атомов этого элемента! Наконец-то отпразднуйте День крота! Он начинается в 6:02 утра каждый год 23 октября (или 23.10).