4.1: Вимірювання та масштаб - концепція крота

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18134

$ \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } $ $ \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} $$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$ $ \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$ $ \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$ $ \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$ $ \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$ $ \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$ $ \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$ $ \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$ $ \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Однією з важливих концепцій, яку слід зрозуміти в хімії, є масштаб. Атоми і молекули дуже малі. Один атом водню має масу близько 1,67 х 10 ^-24 грам (це 0.00000000000000000000000167 грам). Один кубічний сантиметр води (один мл) містить близько 3,3 х 10 ²² молекул води (це 33 молекули секстильйона). Оскільки хіміки зазвичай використовують цифри, які є неймовірно малими і неймовірно великими, унікальні одиниці виміру були розроблені для спрощення роботи з цими числами. Як ми дізналися в главі 1, одиниця атомної маси (amu) допомагає нам говорити про масу атомів у шкалі, відповідній атомам (один грам становить близько 600 секстильйонів аму). У цьому розділі ми представимо поняття моль, щоб допомогти нам говорити про кількість атомів у масштабі, що відповідає розміру зразка, з яким ми могли б працювати в лабораторії (наприклад, у грамах). Моль визначається як кількість атомів, що містяться рівно в 12 грамах вуглецю-12 (ізотоп ${\$ ). Хімік виміряв це число і виходить 6.0221415 х 10 ²³. Ми можемо думати про термін моль як число, так само, як слово десятка представляє число 12. Ми будемо використовувати моль для представлення цієї дуже великої кількості (аптечна десятка) і побачимо, що існує особлива залежність між молем чистої речовини і масою речовини, виміряної в аму.

Походження поняття моль, як правило, приписують італійському фізику-хіміку Амадео Авогадро. У 1811 році Авогадро опублікував важливу статтю, яка проводила відмінність між атомами та молекулами (хоча ці терміни тоді не використовувалися). В рамках свого пояснення поведінки газів він припустив, що рівні обсяги всіх газів при однаковій температурі і тиску містили однакову кількість молекул. Це твердження називається гіпотезою Авогадро, і сьогодні ми зазвичай називаємо кількість речей у молі (6.0221415 x 10 ²³) як число Авогадро (це округлено до 6,02 х 10 ²³ для більшості розрахунків). ). Оскільки моль можна розглядати як число, ви можете перетворити будь-яке число на родимки, розділивши це число на 6,02 х 10 ²³. Наприклад, на момент написання статті державний борг США становить близько 7,9 трлн доларів (7,9 х 10 ¹² доларів). Це може бути виражено як молі доларів, як показано нижче:

\[\left ( 7.9\times 10^{12}dollars \right )\left ( \frac{1\: mol\: dollars}{6.02\times 10^{23}dollars} \right )=1.3\times 10^{-11}\: mol\: dollars \nonumber \]

The ratio of any number to the number of things in a mole is often referred to as a mole fraction.

Exercise $\PageIndex{1}$

It is estimated there are 7 x 10²² stars in the universe. How many moles of stars is this?
It is estimated there are 7.5 x 10¹⁸ grains of sand on the earth. How many moles of sand grains is this?
You have 0.0555 moles of jelly donuts. What number of donuts would that be?
You drink a small bottle of drinking water that contains 13 moles of water. What is the number of molecules of water you drank?