Кількість речовини

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Фізична величина
Назва Кількість речовини
Позначення величини лат. n[1]
Позначення для розмірності N
Системи величин і одиниць Одиниця Розмірність
СІ
Моль (mol, моль)
N

Кі́лькість речови́нифізична величина, що характеризує кількість специфічних однотипних структурних одиниць-елементів (частинок), з котрих складається речовина. Під структурними одиницями розуміються будь-які частинки, з яких складається речовина (атоми, молекули, іони, електрони, протони, нейтрони або будь-які інші частинки).

В міжнародній системі одиниць СІ кількість речовини поряд з масою (яка теж фактично корелює з кількістю частинок) належить до основних одиниць окремого типу[2]. Таким чином, кількість речовини в системі СІ не може бути виражена через інші базові одиниці. Одиниця кількості речовини називається моль. Моль дорівнює кількості речовини системи, яка містить стільки ж частинок, скільки міститься атомів у 0,012 кг вуглецю-12.

Історичні відомості[ред.ред. код]

Однакова маса — але різна кількість речовини
Однакова кількість речовини — але різна маса

Поняття «кількість речовини» було введене в науку давно. Проте вважалося, що кількість речовини не є особливою самостійною величиною, принципово відмінною від маси. Хоча після припущення Авогадро (1813 р.) про те, що рівні об'єми різних газів при однаковому тиску містять одне і те ж число молекул, кількість речовини і трактувалася як число молекул, але будучи пропорційною масі, вона тотожна їй. Уявлення про тотожність кількості речовини і маси багато в чому спиралося на переконання, що всі молекули (атоми) даної речовини в усіх відношеннях тотожні, що їх маса постійна і, отже, маса тіла або системи пропорційна числу молекул, що містяться в них. Власне, і про число молекул можна було судити тільки по масі тіла, оскільки не існувало прямих способів визначення числа молекул. Відкриття в області фізики в першій половині двадцятого сторіччя похитнули переконання в тотожності маси і кількості речовини.

Одиниця кількості речовини — моль також була відома ще в XIX ст. Але до недавнього часу моль розглядався як індивідуальна одиниця маси. Індивідуальна в тому сенсі, що розмір цієї одиниці для кожної речовини був особливий. Слово «моль» походить від латинського слова «moles» і означає кількість, масу або рахункову множину. З цих трьох понять остання — рахункова множина найточніше виражає сучасне розуміння моля. У визначенні моля не вказується точне число структур елементів, що містяться в ньому. Прийнято вважати його рівним числовому значенню сталої Авогадро NA.

Основні співвідношення[ред.ред. код]

Відношення числа молекул N речовини до кількості речовини n називається сталою Авогадро NA:

N_A  = \frac{N}{n}

Стала Авогадро дорівнює[3] NA = 6.02214129·1023 ± 0.00000027·1023 моль−1, вона показує, скільки атомів або молекул міститься в одному молі речовини.

Кількість речовини n можна знайти як відношення числа N атомів або молекул речовини до сталої Авогадро NA:

n  = \frac{N}{N_A}

Застосовуючи одиницю кількості речовини моль, слід завжди визначати, про які саме структурні елементи системи йдеться.

Рекомендовано такі кратні й частинні одиниці моля: кмоль, ммоль, мкмоль.

На основі моля утворено велику кількість питомих (молярних) величин, зокрема — молярна маса і молярний об'єм.

Між кількістю речовини nX, масою mX порції хімічно чистої речовини X та її молярною масою MX є залежність:

n_{\mathrm{X}} = { m_{\mathrm{X}}\over M_{\mathrm{X}}}

До застосування рекомендовано частинну одиницю молярної маси г/моль (у СІ кг/моль).

Молярний об'єм дорівнює відношенню об'єму однорідної системи V до кількості речовини n цієї системи:

V_m  = \frac{V}{n}

До застосування рекомендовано такі частинні одиниці молярного об'єму: дм3/моль, см3/моль, допущено — позасистемну одиницю літр на моль (l/mol, L/mol; л/моль): 1 л/моль = 10−3 м3/моль.

Молярний об'єм ідеального газу за нормальних умов Т = 273,15 К; p = 101325 Па дорівнює 0,02241410 м3/моль. Цю сталу часто застосовують у розрахунках.

Використання[ред.ред. код]

Ця фізична величина використовується для вимірювання макроскопічних кількостей речовин в тих випадках, коли для чисельного опису процесів, що вивчаються, необхідно приймати до уваги мікроскопічну будову речовини, наприклад, в хімії, при вивченні процесів електролізу тощо.

При описі хімічних реакцій, кількість речовини є зручнішою величиною, ніж маса, оскільки взаємодіють молекули, які можуть мати масу, що сильно розрізняється. В той же час, використовувати в розрахунках безпосередньо кількість молекул незручно, оскільки це число дуже велике.

Наприклад для спалювання водню:

2H2 + O2 → 2H2O

потрібна в два рази більша кількість речовини водню, у порівнянні з киснем. При цьому маса водню, що бере участь в реакції, приблизно в 8 разів менша від маси кисню (оскільки атомна маса водню приблизно в 16 разів менша від атомної маси кисню). Таким чином, використання кількості речовини полегшує інтерпретацію рівнянь реакцій (співвідношення між кількостями реагуючих речовин дорівнює відношенню коефіцієнтів у рівнянні).

Посилання[ред.ред. код]

  1. Кількість речовини не рекомендовано позначати грецькою літерою ν (ню), бо цією літерою в хімічній термодинаміці позначають стехіометричний коефіцієнт речовини у реакції.
  2. Рішенням XIV Генеральної конференції з мір і вагів (1971 р.) одиниця кількості речовини «моль» була затверджена як сьома основна одиниця Міжнародної системи.
  3. За даними CODATA-2010 [1]

Тематичні ресурси[ред.ред. код]