Уявімо, що нам дали склянку води й запитали: скільки там молекул? Але як порахувати молекули, якщо вони дуже маленькі і їх надзвичайно багато? Вирішити задачу допоможе молярна маса.
Щоб мати можливість відповідати на такі запитання, науковці придумали особливу “лічильну одиницю” — моль, про яку було розказано у попередньому відео. Нагадаємо, що моль — це така собі умовна “хімічна коробка”, в якій містяться приблизно 6,02 × 10²³ молекул, атомів або інших частинок. Це число називають числом Авогадро.
Молярна маса – скільки грамів важить 1 моль?
Але тут виникає нове запитання: як зрозуміти, скільки грамів важить один моль речовини?
Відповісти на це запитання нам допоможе молярна маса — тобто маса одного моля речовини. Вимірюється вона у грамах на моль.
Наприклад:
- 1 моль водню H₂ важить 2 грами;
- 1 моль кисню O₂ важить 32 грами;
- 1 моль води H₂O важить 18 грамів.
Але звідки беруться ці числа?
Для цього нам потрібна періодична таблиця. Біля кожного елемента у таблиці записане число — його відносна атомна маса. Наприклад:
- у водню приблизно 1;
- у гелію приблизно 4;
- у кисню приблизно 16.
Відносна атомна маса є безрозмірною величиною. Вона показує, у скільки разів атом певного елемента важчий за 1/12 маси атома вуглецю. Порівнюючи відносні атомні маси різних елементів між собою, ми можемо дізнатися, наскільки атом одного елемента важчий за атом іншого.
Наприклад, атом кисню приблизно у 16 разів важчий за атом водню і приблизно у 4 рази важчий за атом гелію.
Молярна маса молекули води
Тепер розглянемо молекулу води H₂O. Вона складається з двох атомів водню і одного атома кисню.
Щоб знайти молярну масу води, потрібно скласти відносні атомні маси всіх атомів у молекулі:
2 × 1 + 16 = 18
Отримуємо число 18. Тобто 1 моль води важить 18 грамів.
Але це не означає, що одна молекула води важить 18 грамів. Одна молекула надзвичайно легка. 18 грамів важить саме величезна кількість молекул — один моль.
Звідки беруться грами?
І тут виникає важливе запитання: якщо відносна атомна маса не має одиниць вимірювання, то звідки беруться грами?
Справа у тому, що коли ми беремо не один атом, а цілий моль атомів або молекул, ці самі числа чисельно відповідають грамам на моль.
Тобто:
- відносна атомна маса водню ≈ 1 → молярна маса 1 г/моль;
- відносна атомна маса кисню ≈ 16 → молярна маса 16 г/моль.
Саме тому молярна маса води дорівнює 18 г/моль. Це означає, що один моль води важить 18 грамів.
Такий “збіг” не випадковий. Система моля та атомних мас побудована так, що маса одного моля частинок у грамах чисельно дорівнює їхній відносній атомній або молекулярній масі.
Для вуглекислого газу CO₂ маємо наступні цифри:
12 + 2 × 16 = 44
Тому 1 моль CO₂ важить 44 грами.
1 моль кухонної солі NaCl важить 58,5 грамів.
NaCl = 23 + 35,5 = 58,5
Як бачимо, періодична таблиця — це не просто список елементів. Це величезна “шпаргалка”, яка дозволяє переводити світ атомів у звичайні грами, які можна зважити на вагах.
Молярна маса – приклади вирішення задач
А тепер подивімося, як це використовують у задачах.
Наприклад:
“Яка маса 2 моль води?”
Ми вже знаємо:
1 моль води H₂O важить 18 г.
Тоді:
m = n × M = 2 × 18 = 36 г
Тобто 2 молі води — це 36 грамів.
Тут:
- m — маса;
- n — кількість речовини у молях;
- M — молярна маса.
Це одна з головних формул шкільної хімії.
А тепер зробимо навпаки.
“Скільки молів міститься у 44 г вуглекислого газу CO₂?”
Спочатку знаходимо молярну масу CO₂:
12 + 2 × 16 = 44
Вона дорівнює 44 г/моль.
Тепер використовуємо формулу:
n = m / M = 44 / 44 = 1 моль
Отже, у 44 грамах CO₂ міститься рівно 1 моль молекул.
Розглянемо більш практичну задачу.
“Скільки грамів натрій хлориду NaCl потрібно взяти, щоб отримати 0,5 моль солі?”
Спочатку шукаємо молярну масу:
NaCl = 23 + 35,5 = 58,5
Тепер множимо:
m = n × M = 0,5 × 58,5 = 29,25 г
Отже, потрібно приблизно 29,25 грама солі.
І саме так працюють справжні хіміки в лабораторіях. Вони спочатку рахують молі, молярні маси й лише потім беруть потрібну кількість речовини.
Завдяки цьому хіміки точно знають:
- скільки речовини взяти;
- скільки продукту утвориться;
- скільки молекул вступить у реакцію;
- чому реакції відбуваються саме у певних пропорціях.
Фактично молярна маса — це міст між невидимим світом атомів і нашим звичайним світом грамів, склянок, колб і ваг.
Молярна маса і хімічні реакції
Слід зауважити, що у хімічних реакціях речовини теж реагують не випадково, а у чітких молярних співвідношеннях.
Наприклад:
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Це означає, що 2 молі водню реагують з 1 молем кисню з утворенням 2 молей води.
І тут ми підійшли впритул до дуже цікавого розділу хімії, який носить назву стехіометрія, тобто математика хімічних реакцій.
За допомогою стехіометрії хіміки визначають, скільки саме речовини потрібно для реакції, чому іноді одного реагенту не вистачає і як передбачити, скільки утвориться продукту.