Знак моль как пишется

From Wikipedia, the free encyclopedia

«Nmol» redirects here. For the mathematical technique, see Method of lines.

mole
Unit system	SI
Unit of	amount of substance
Symbol	mol

The mole (symbol mol) is the unit of amount of substance in the International System of Units (SI).^[1][2][3] The quantity amount of substance is a measure of how many elementary entities of a given substance are in an object or sample. The mole is defined as containing exactly 6.02214076×10²³ elementary entities. Depending on what the substance is, an elementary entity may be an atom, a molecule, an ion, an ion pair, or a subatomic particle such as an electron. For example, 10 moles of water (a chemical compound) and 10 moles of mercury (a chemical element), contain equal amounts of substance and the mercury contains exactly one atom for each molecule of the water, despite the two having different volumes and different masses.

The number of elementary entities in one mole is known as the Avogadro number, which is the approximate number of nucleons (protons or neutrons) in one gram of ordinary matter. The previous definition of a mole was the number of elementary entities equal to that of 12 grams of carbon-12, the most common isotope of carbon.

The mole is widely used in chemistry as a convenient way to express amounts of reactants and products of chemical reactions. For example, the chemical equation 2H₂ + O₂ → 2H₂O can be interpreted to mean that for each 2 mol dihydrogen (H₂) and 1 mol dioxygen (O₂) that react, 2 mol of water (H₂O) form. The concentration of a solution is commonly expressed by its molar concentration, defined as the amount of dissolved substance per unit volume of solution, for which the unit typically used is moles per litre (mol/L).

The term gram-molecule was formerly used for «mole of molecules», and gram-atom for «mole of atoms».^[4] For example, 1 mole of MgBr₂ is 1 gram-molecule of MgBr₂ but 3 gram-atoms of MgBr₂.^[5][6]

Concepts[edit]

Nature of the particles[edit]

The mole corresponds to a given count of particles.^[7] Usually the particles counted are chemically identical entities, individually distinct. For example, a solution may contain a certain number of dissolved molecules that are more or less independent of each other. However, in a solid the constituent particles are fixed and bound in a lattice arrangement, yet they may be separable without losing their chemical identity. Thus the solid is composed of a certain number of moles of such particles. In yet other cases, such as diamond, where the entire crystal is essentially a single molecule, the mole is still used to express the number of atoms bound together, rather than a count of molecules. Thus, common chemical conventions apply to the definition of the constituent particles of a substance, in other cases exact definitions may be specified.
The mass of a substance is equal to its relative atomic (or molecular) mass multiplied by the molar mass constant, which is almost exactly 1 g/mol.

Molar mass[edit]

The molar mass of a substance is the ratio of the mass of a sample of that substance to its amount of substance. The amount of substance is given as the number of moles in the sample.
For most practical purposes, the numerical value of the molar mass expressed with the unit gram per mole is the same as that of the mean mass of one molecule of the substance expressed with the unit dalton. For example, the molar mass of water is 18.015 g/mol.^[8] Other methods include the use of the molar volume or the measurement of electric charge.^[8]

The number of moles of a substance in a sample is obtained by dividing the mass of the sample by the molar mass of the compound. For example, 100 g of water is about 5.551 mol of water.^[8]

The molar mass of a substance depends not only on its molecular formula, but also on the distribution of isotopes of each chemical element present in it. For example, the molar mass of calcium-40 is 39.96259098(22) g/mol, whereas the molar mass of calcium-42 is 41.95861801(27) g/mol, and of calcium with the normal isotopic mix is 40.078(4) g/mol.

Molar concentration[edit]

The molar concentration, also called molarity, of a solution of some substance is the number of moles per unit of volume of the final solution. In the SI its standard unit is mol/m³, although more practical units, such as mole per litre (mol/L) are used.

Molar fraction[edit]

The molar fraction or mole fraction of a substance in a mixture (such as a solution) is the number of moles of the compound in one sample of the mixture, divided by the total number of moles of all components. For example, if 20 g of NaCl is dissolved in 100 g of water, the amounts of the two substances in the solution will be (20 g)/(58.443 g/mol) = 0.34221 mol and (100 g)/(18.015 g/mol) = 5.5509 mol, respectively; and the molar fraction of NaCl will be 0.34221/(0.34221 + 5.5509) = 0.05807.

In a mixture of gases, the partial pressure of each component is proportional to its molar ratio.

History[edit]

The history of the mole is intertwined with that of molecular mass, atomic mass units, and the Avogadro constant.

The first table of standard atomic weight was published by John Dalton (1766–1844) in 1805, based on a system in which the relative atomic mass of hydrogen was defined as 1. These relative atomic masses were based on the stoichiometric proportions of chemical reaction and compounds, a fact that greatly aided their acceptance: It was not necessary for a chemist to subscribe to atomic theory (an unproven hypothesis at the time) to make practical use of the tables. This would lead to some confusion between atomic masses (promoted by proponents of atomic theory) and equivalent weights (promoted by its opponents and which sometimes differed from relative atomic masses by an integer factor), which would last throughout much of the nineteenth century.

Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) was instrumental in the determination of relative atomic masses to ever-increasing accuracy. He was also the first chemist to use oxygen as the standard to which other masses were referred. Oxygen is a useful standard, as, unlike hydrogen, it forms compounds with most other elements, especially metals. However, he chose to fix the atomic mass of oxygen as 100, which did not catch on.

Charles Frédéric Gerhardt (1816–56), Henri Victor Regnault (1810–78) and Stanislao Cannizzaro (1826–1910) expanded on Berzelius’ works, resolving many of the problems of unknown stoichiometry of compounds, and the use of atomic masses attracted a large consensus by the time of the Karlsruhe Congress (1860). The convention had reverted to defining the atomic mass of hydrogen as 1, although at the level of precision of measurements at that time – relative uncertainties of around 1% – this was numerically equivalent to the later standard of oxygen = 16. However the chemical convenience of having oxygen as the primary atomic mass standard became ever more evident with advances in analytical chemistry and the need for ever more accurate atomic mass determinations.

The name mole is an 1897 translation of the German unit Mol, coined by the chemist Wilhelm Ostwald in 1894 from the German word Molekül (molecule).^[9][10][11] The related concept of equivalent mass had been in use at least a century earlier.^[12]

Standardization[edit]

Developments in mass spectrometry led to the adoption of oxygen-16 as the standard substance, in lieu of natural oxygen.^{[citation needed]}

The oxygen-16 definition was replaced with one based on carbon-12 during the 1960s. The mole was defined by International Bureau of Weights and Measures as «the amount of substance of a system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon-12.» Thus, by that definition, one mole of pure ¹²C had a mass of exactly 12 g.^[4][7] The four different definitions were equivalent to within 1%.

Scale basis	Scale basis relative to 12C = 12	Relative deviation from the 12C = 12 scale
Atomic mass of hydrogen = 1	1.00794(7)	−0.788%
Atomic mass of oxygen = 16	15.9994(3)	+0.00375%
Relative atomic mass of 16O = 16	15.9949146221(15)	+0.0318%

Because a dalton, a unit commonly used to measure atomic mass, is exactly 1/12 of the mass of a carbon-12 atom, this definition of the mole entailed that the mass of one mole of a compound or element in grams was numerically equal to the average mass of one molecule or atom of the substance in daltons, and that the number of daltons in a gram was equal to the number of elementary entities in a mole. Because the mass of a nucleon (i.e. a proton or neutron) is approximately 1 dalton and the nucleons in an atom’s nucleus make up the overwhelming majority of its mass, this definition also entailed that the mass of one mole of a substance was roughly equivalent to the number of nucleons in one atom or molecule of that substance.

Since the definition of the gram was not mathematically tied to that of the dalton, the number of molecules per mole N_A (the Avogadro constant) had to be determined experimentally. The experimental value adopted by CODATA in 2010 is N_A = 6.02214129(27)×10²³ mol⁻¹.^[13]
In 2011 the measurement was refined to 6.02214078(18)×10²³ mol⁻¹.^[14]

The mole was made the seventh SI base unit in 1971 by the 14th CGPM.^[15]

2019 redefinition of SI base units[edit]

In 2011, the 24th meeting of the General Conference on Weights and Measures (CGPM) agreed to a plan for a possible revision of the SI base unit definitions at an undetermined date.

On 16 November 2018, after a meeting of scientists from more than 60 countries at the CGPM in Versailles, France, all SI base units were defined in terms of physical constants. This meant that each SI unit, including the mole, would not be defined in terms of any physical objects but rather they would be defined by physical constants that are, in their nature, exact.^[2]

Such changes officially came into effect on 20 May 2019. Following such changes, «one mole» of a substance was redefined as containing «exactly 6.02214076×10²³ elementary entities» of that substance.^[16][17]

Criticism[edit]

Since its adoption into the International System of Units in 1971, numerous criticisms of the concept of the mole as a unit like the metre or the second have arisen:

• the number of molecules, etc. in a given amount of material is a fixed dimensionless quantity that can be expressed simply as a number, not requiring a distinct base unit;^[7][18]
• The SI thermodynamic mole is irrelevant to analytical chemistry and could cause avoidable costs to advanced economies^[19]
• The mole is not a true metric (i.e. measuring) unit, rather it is a parametric unit, and amount of substance is a parametric base quantity^[20]
• the SI defines numbers of entities as quantities of dimension one, and thus ignores the ontological distinction between entities and units of continuous quantities^[21]

In chemistry, it has been known since Proust’s law of definite proportions (1794) that knowledge of the mass of each of the components in a chemical system is not sufficient to define the system. Amount of substance can be described as mass divided by Proust’s «definite proportions», and contains information that is missing from the measurement of mass alone. As demonstrated by Dalton’s law of partial pressures (1803), a measurement of mass is not even necessary to measure the amount of substance (although in practice it is usual). There are many physical relationships between amount of substance and other physical quantities, the most notable one being the ideal gas law (where the relationship was first demonstrated in 1857). The term «mole» was first used in a textbook describing these colligative properties.^[22]

Similar units[edit]

Like chemists, chemical engineers use the unit mole extensively, but different unit multiples may be more suitable for industrial use. For example, the SI unit for volume is the cubic metre, a much larger unit than the commonly used litre in the chemical laboratory. When amount of substance is also expressed in kmol (1000 mol) in industrial-scaled processes, the numerical value of molarity remains the same.

For convenience in avoiding conversions in the imperial (or US customary units), some engineers adopted the pound-mole (notation lb-mol or lbmol), which is defined as the number of entities in 12 lb of ¹²C. One lb-mol is equal to 453.59237 mol,^[23] which value is the same as the number of grams in an international avoirdupois pound.

In the metric system, chemical engineers once used the kilogram-mole (notation kg-mol), which is defined as the number of entities in 12 kg of ¹²C, and often referred to the mole as the gram-mole (notation g-mol), when dealing with laboratory data.^[23]

Late 20th-century chemical engineering practice came to use the kilomole (kmol), which is numerically identical to the kilogram-mole, but whose name and symbol adopt the SI convention for standard multiples of metric units – thus, kmol means 1000 mol. This is equivalent to the use of kg instead of g. The use of kmol is not only for «magnitude convenience» but also makes the equations used for modelling chemical engineering systems coherent. For example, the conversion of a flowrate of kg/s to kmol/s only requires the molecular mass without the factor 1000 unless the basic SI unit of mol/s were to be used.

Greenhouse and growth chamber lighting for plants is sometimes expressed in micromoles per square metre per second, where 1 mol photons = 6.02×10²³ photons.^[24] One mole of photons is sometimes referred to as an einstein.

Derived units and SI multiples[edit]

The only SI derived unit with a special name derived from the mole is the katal, defined as one mole per second of catalytic activity. Like other SI units, the mole can also be modified by adding a metric prefix that multiplies it by a power of 10:

SI multiples of mole (mol)

Submultiples		Multiples
Value	SI symbol	Name	Value	SI symbol	Name
10−1 mol	dmol	decimole	101 mol	damol	decamole
10−2 mol	cmol	centimole	102 mol	hmol	hectomole
10−3 mol	mmol	millimole	103 mol	kmol	kilomole
10−6 mol	µmol	micromole	106 mol	Mmol	megamole
10−9 mol	nmol	nanomole	109 mol	Gmol	gigamole
10−12 mol	pmol	picomole	1012 mol	Tmol	teramole
10−15 mol	fmol	femtomole	1015 mol	Pmol	petamole
10−18 mol	amol	attomole	1018 mol	Emol	examole
10−21 mol	zmol	zeptomole	1021 mol	Zmol	zettamole
10−24 mol	ymol	yoctomole	1024 mol	Ymol	yottamole
10−27 mol	rmol	rontomole	1027 mol	Rmol	ronnamole
10−30 mol	qmol	quectomole	1030 mol	Qmol	quettamole

One fmol is exactly 602,214,076 molecules; attomole and smaller quantities cannot be exactly realized. The yoctomole, equal to around 0.6 of an individual molecule, did make appearances in scientific journals in the year the yocto- prefix was officially implemented.^[25]

Mole Day[edit]

October 23, denoted 10/23 in the US, is recognized by some as Mole Day.^[26] It is an informal holiday in honor of the unit among chemists. The date is derived from the Avogadro number, which is approximately 6.022×10²³. It starts at 6:02 a.m. and ends at 6:02 p.m. Alternatively, some chemists celebrate June 2 (06/02), June 22 (6/22), or 6 February (06.02), a reference to the 6.02 or 6.022 part of the constant.^[27][28][29]

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]

• ChemTeam: The Origin of the Word ‘Mole’ at the Wayback Machine (archived December 22, 2007)

From Wikipedia, the free encyclopedia

«Nmol» redirects here. For the mathematical technique, see Method of lines.

mole
Unit system	SI
Unit of	amount of substance
Symbol	mol

The mole (symbol mol) is the unit of amount of substance in the International System of Units (SI).^[1][2][3] The quantity amount of substance is a measure of how many elementary entities of a given substance are in an object or sample. The mole is defined as containing exactly 6.02214076×10²³ elementary entities. Depending on what the substance is, an elementary entity may be an atom, a molecule, an ion, an ion pair, or a subatomic particle such as an electron. For example, 10 moles of water (a chemical compound) and 10 moles of mercury (a chemical element), contain equal amounts of substance and the mercury contains exactly one atom for each molecule of the water, despite the two having different volumes and different masses.

The number of elementary entities in one mole is known as the Avogadro number, which is the approximate number of nucleons (protons or neutrons) in one gram of ordinary matter. The previous definition of a mole was the number of elementary entities equal to that of 12 grams of carbon-12, the most common isotope of carbon.

The mole is widely used in chemistry as a convenient way to express amounts of reactants and products of chemical reactions. For example, the chemical equation 2H₂ + O₂ → 2H₂O can be interpreted to mean that for each 2 mol dihydrogen (H₂) and 1 mol dioxygen (O₂) that react, 2 mol of water (H₂O) form. The concentration of a solution is commonly expressed by its molar concentration, defined as the amount of dissolved substance per unit volume of solution, for which the unit typically used is moles per litre (mol/L).

The term gram-molecule was formerly used for «mole of molecules», and gram-atom for «mole of atoms».^[4] For example, 1 mole of MgBr₂ is 1 gram-molecule of MgBr₂ but 3 gram-atoms of MgBr₂.^[5][6]

Concepts[edit]

Nature of the particles[edit]

The mole corresponds to a given count of particles.^[7] Usually the particles counted are chemically identical entities, individually distinct. For example, a solution may contain a certain number of dissolved molecules that are more or less independent of each other. However, in a solid the constituent particles are fixed and bound in a lattice arrangement, yet they may be separable without losing their chemical identity. Thus the solid is composed of a certain number of moles of such particles. In yet other cases, such as diamond, where the entire crystal is essentially a single molecule, the mole is still used to express the number of atoms bound together, rather than a count of molecules. Thus, common chemical conventions apply to the definition of the constituent particles of a substance, in other cases exact definitions may be specified.
The mass of a substance is equal to its relative atomic (or molecular) mass multiplied by the molar mass constant, which is almost exactly 1 g/mol.

Molar mass[edit]

The molar mass of a substance is the ratio of the mass of a sample of that substance to its amount of substance. The amount of substance is given as the number of moles in the sample.
For most practical purposes, the numerical value of the molar mass expressed with the unit gram per mole is the same as that of the mean mass of one molecule of the substance expressed with the unit dalton. For example, the molar mass of water is 18.015 g/mol.^[8] Other methods include the use of the molar volume or the measurement of electric charge.^[8]

The number of moles of a substance in a sample is obtained by dividing the mass of the sample by the molar mass of the compound. For example, 100 g of water is about 5.551 mol of water.^[8]

The molar mass of a substance depends not only on its molecular formula, but also on the distribution of isotopes of each chemical element present in it. For example, the molar mass of calcium-40 is 39.96259098(22) g/mol, whereas the molar mass of calcium-42 is 41.95861801(27) g/mol, and of calcium with the normal isotopic mix is 40.078(4) g/mol.

Molar concentration[edit]

The molar concentration, also called molarity, of a solution of some substance is the number of moles per unit of volume of the final solution. In the SI its standard unit is mol/m³, although more practical units, such as mole per litre (mol/L) are used.

Molar fraction[edit]

The molar fraction or mole fraction of a substance in a mixture (such as a solution) is the number of moles of the compound in one sample of the mixture, divided by the total number of moles of all components. For example, if 20 g of NaCl is dissolved in 100 g of water, the amounts of the two substances in the solution will be (20 g)/(58.443 g/mol) = 0.34221 mol and (100 g)/(18.015 g/mol) = 5.5509 mol, respectively; and the molar fraction of NaCl will be 0.34221/(0.34221 + 5.5509) = 0.05807.

In a mixture of gases, the partial pressure of each component is proportional to its molar ratio.

History[edit]

The history of the mole is intertwined with that of molecular mass, atomic mass units, and the Avogadro constant.

The first table of standard atomic weight was published by John Dalton (1766–1844) in 1805, based on a system in which the relative atomic mass of hydrogen was defined as 1. These relative atomic masses were based on the stoichiometric proportions of chemical reaction and compounds, a fact that greatly aided their acceptance: It was not necessary for a chemist to subscribe to atomic theory (an unproven hypothesis at the time) to make practical use of the tables. This would lead to some confusion between atomic masses (promoted by proponents of atomic theory) and equivalent weights (promoted by its opponents and which sometimes differed from relative atomic masses by an integer factor), which would last throughout much of the nineteenth century.

Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) was instrumental in the determination of relative atomic masses to ever-increasing accuracy. He was also the first chemist to use oxygen as the standard to which other masses were referred. Oxygen is a useful standard, as, unlike hydrogen, it forms compounds with most other elements, especially metals. However, he chose to fix the atomic mass of oxygen as 100, which did not catch on.

Charles Frédéric Gerhardt (1816–56), Henri Victor Regnault (1810–78) and Stanislao Cannizzaro (1826–1910) expanded on Berzelius’ works, resolving many of the problems of unknown stoichiometry of compounds, and the use of atomic masses attracted a large consensus by the time of the Karlsruhe Congress (1860). The convention had reverted to defining the atomic mass of hydrogen as 1, although at the level of precision of measurements at that time – relative uncertainties of around 1% – this was numerically equivalent to the later standard of oxygen = 16. However the chemical convenience of having oxygen as the primary atomic mass standard became ever more evident with advances in analytical chemistry and the need for ever more accurate atomic mass determinations.

The name mole is an 1897 translation of the German unit Mol, coined by the chemist Wilhelm Ostwald in 1894 from the German word Molekül (molecule).^[9][10][11] The related concept of equivalent mass had been in use at least a century earlier.^[12]

Standardization[edit]

Developments in mass spectrometry led to the adoption of oxygen-16 as the standard substance, in lieu of natural oxygen.^{[citation needed]}

The oxygen-16 definition was replaced with one based on carbon-12 during the 1960s. The mole was defined by International Bureau of Weights and Measures as «the amount of substance of a system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon-12.» Thus, by that definition, one mole of pure ¹²C had a mass of exactly 12 g.^[4][7] The four different definitions were equivalent to within 1%.

Scale basis	Scale basis relative to 12C = 12	Relative deviation from the 12C = 12 scale
Atomic mass of hydrogen = 1	1.00794(7)	−0.788%
Atomic mass of oxygen = 16	15.9994(3)	+0.00375%
Relative atomic mass of 16O = 16	15.9949146221(15)	+0.0318%

Because a dalton, a unit commonly used to measure atomic mass, is exactly 1/12 of the mass of a carbon-12 atom, this definition of the mole entailed that the mass of one mole of a compound or element in grams was numerically equal to the average mass of one molecule or atom of the substance in daltons, and that the number of daltons in a gram was equal to the number of elementary entities in a mole. Because the mass of a nucleon (i.e. a proton or neutron) is approximately 1 dalton and the nucleons in an atom’s nucleus make up the overwhelming majority of its mass, this definition also entailed that the mass of one mole of a substance was roughly equivalent to the number of nucleons in one atom or molecule of that substance.

Since the definition of the gram was not mathematically tied to that of the dalton, the number of molecules per mole N_A (the Avogadro constant) had to be determined experimentally. The experimental value adopted by CODATA in 2010 is N_A = 6.02214129(27)×10²³ mol⁻¹.^[13]
In 2011 the measurement was refined to 6.02214078(18)×10²³ mol⁻¹.^[14]

The mole was made the seventh SI base unit in 1971 by the 14th CGPM.^[15]

2019 redefinition of SI base units[edit]

In 2011, the 24th meeting of the General Conference on Weights and Measures (CGPM) agreed to a plan for a possible revision of the SI base unit definitions at an undetermined date.

On 16 November 2018, after a meeting of scientists from more than 60 countries at the CGPM in Versailles, France, all SI base units were defined in terms of physical constants. This meant that each SI unit, including the mole, would not be defined in terms of any physical objects but rather they would be defined by physical constants that are, in their nature, exact.^[2]

Such changes officially came into effect on 20 May 2019. Following such changes, «one mole» of a substance was redefined as containing «exactly 6.02214076×10²³ elementary entities» of that substance.^[16][17]

Criticism[edit]

Since its adoption into the International System of Units in 1971, numerous criticisms of the concept of the mole as a unit like the metre or the second have arisen:

• the number of molecules, etc. in a given amount of material is a fixed dimensionless quantity that can be expressed simply as a number, not requiring a distinct base unit;^[7][18]
• The SI thermodynamic mole is irrelevant to analytical chemistry and could cause avoidable costs to advanced economies^[19]
• The mole is not a true metric (i.e. measuring) unit, rather it is a parametric unit, and amount of substance is a parametric base quantity^[20]
• the SI defines numbers of entities as quantities of dimension one, and thus ignores the ontological distinction between entities and units of continuous quantities^[21]

In chemistry, it has been known since Proust’s law of definite proportions (1794) that knowledge of the mass of each of the components in a chemical system is not sufficient to define the system. Amount of substance can be described as mass divided by Proust’s «definite proportions», and contains information that is missing from the measurement of mass alone. As demonstrated by Dalton’s law of partial pressures (1803), a measurement of mass is not even necessary to measure the amount of substance (although in practice it is usual). There are many physical relationships between amount of substance and other physical quantities, the most notable one being the ideal gas law (where the relationship was first demonstrated in 1857). The term «mole» was first used in a textbook describing these colligative properties.^[22]

Similar units[edit]

Like chemists, chemical engineers use the unit mole extensively, but different unit multiples may be more suitable for industrial use. For example, the SI unit for volume is the cubic metre, a much larger unit than the commonly used litre in the chemical laboratory. When amount of substance is also expressed in kmol (1000 mol) in industrial-scaled processes, the numerical value of molarity remains the same.

For convenience in avoiding conversions in the imperial (or US customary units), some engineers adopted the pound-mole (notation lb-mol or lbmol), which is defined as the number of entities in 12 lb of ¹²C. One lb-mol is equal to 453.59237 mol,^[23] which value is the same as the number of grams in an international avoirdupois pound.

In the metric system, chemical engineers once used the kilogram-mole (notation kg-mol), which is defined as the number of entities in 12 kg of ¹²C, and often referred to the mole as the gram-mole (notation g-mol), when dealing with laboratory data.^[23]

Late 20th-century chemical engineering practice came to use the kilomole (kmol), which is numerically identical to the kilogram-mole, but whose name and symbol adopt the SI convention for standard multiples of metric units – thus, kmol means 1000 mol. This is equivalent to the use of kg instead of g. The use of kmol is not only for «magnitude convenience» but also makes the equations used for modelling chemical engineering systems coherent. For example, the conversion of a flowrate of kg/s to kmol/s only requires the molecular mass without the factor 1000 unless the basic SI unit of mol/s were to be used.

Greenhouse and growth chamber lighting for plants is sometimes expressed in micromoles per square metre per second, where 1 mol photons = 6.02×10²³ photons.^[24] One mole of photons is sometimes referred to as an einstein.

Derived units and SI multiples[edit]

The only SI derived unit with a special name derived from the mole is the katal, defined as one mole per second of catalytic activity. Like other SI units, the mole can also be modified by adding a metric prefix that multiplies it by a power of 10:

SI multiples of mole (mol)

Submultiples		Multiples
Value	SI symbol	Name	Value	SI symbol	Name
10−1 mol	dmol	decimole	101 mol	damol	decamole
10−2 mol	cmol	centimole	102 mol	hmol	hectomole
10−3 mol	mmol	millimole	103 mol	kmol	kilomole
10−6 mol	µmol	micromole	106 mol	Mmol	megamole
10−9 mol	nmol	nanomole	109 mol	Gmol	gigamole
10−12 mol	pmol	picomole	1012 mol	Tmol	teramole
10−15 mol	fmol	femtomole	1015 mol	Pmol	petamole
10−18 mol	amol	attomole	1018 mol	Emol	examole
10−21 mol	zmol	zeptomole	1021 mol	Zmol	zettamole
10−24 mol	ymol	yoctomole	1024 mol	Ymol	yottamole
10−27 mol	rmol	rontomole	1027 mol	Rmol	ronnamole
10−30 mol	qmol	quectomole	1030 mol	Qmol	quettamole

One fmol is exactly 602,214,076 molecules; attomole and smaller quantities cannot be exactly realized. The yoctomole, equal to around 0.6 of an individual molecule, did make appearances in scientific journals in the year the yocto- prefix was officially implemented.^[25]

Mole Day[edit]

October 23, denoted 10/23 in the US, is recognized by some as Mole Day.^[26] It is an informal holiday in honor of the unit among chemists. The date is derived from the Avogadro number, which is approximately 6.022×10²³. It starts at 6:02 a.m. and ends at 6:02 p.m. Alternatively, some chemists celebrate June 2 (06/02), June 22 (6/22), or 6 February (06.02), a reference to the 6.02 or 6.022 part of the constant.^[27][28][29]

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]

• ChemTeam: The Origin of the Word ‘Mole’ at the Wayback Machine (archived December 22, 2007)

В уроке 5 «Моль и молярная масса» из курса «Химия для чайников» рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

Единица измерения количества вещества

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10²³ частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10²³ носит название Число Авогадро, которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода ¹²C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10²³).

Как уже было сказано, термин «моль» применяется не только к молекулам, но также и к атомам. Например, если вы говорите о моле гелия (He), то это означает, что вы имеет количество равное 6,022·10²³ атомов. Точно так же, 1 моль воды (H₂O) подразумевает количество равное 6,022·10²³ молекул. Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.

Молярная масса вещества

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

• Молярная масса формула M=m/n
• Количество вещества формула n=m/M
• Число молекул формула N =N_A·n

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N_A — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль.

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н₂, Н₂O, СН₃ОН, октана (С₈Н₁₈) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10²³; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N_A. Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10²³ раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10²³ а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O₂?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10²³ молекул) O₂ имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O₂:

• n = m / M = 8г / 32г/моль = 0,25 моль
• N = N_A × n = 6,022·10²³ × 0,25 = 1,505·10²³ молекул

Пример 3. 1 молекула Н₂ реагирует с 1 молекулой Сl₂, в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H₂ и Cl₂ равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H₂ содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl₂ содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H₂. Сколько же граммов Cl₂ содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl₂ равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H₂ и Cl₂ принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10²³ молекул/моль, что равно 2,99·10²⁶ молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Что такое моль

Прежде чем говорить о том, как найти молярную массу вещества, определимся с понятием «моль». Его ввели как искусственную величину для упрощения расчетов. Это количество вещества, в котором содержится столько же мельчайших частиц, сколько в 12 г одного из изотопов углерода — C₁₂.

Для всех химических веществ это количество одинаково и представляет собой число Авогадро 6,02 · 10²³. Постоянная Авогадро обозначается N_A, а измеряется в моль^-1.

Число Авогадро — это количество молекул, ионов или других мельчайших частиц в 1 моле вещества.

N_A = 6,02 · 10²³ моль^-1.

Историческая справка

В 1811 году химик Амедео Авогадро предположил, что если взять два равных объема газов в равных значимых условиях (при одинаковой температуре и давлении), то количество молекул в этих объемах тоже будет одинаковым. Опираясь на свою гипотезу, он определил атомные и молекулярные массы многих веществ, а также рассчитал количество атомов в молекулах воды, оксидов азота и т. д. Однако в научных кругах гипотеза Авогадро долго не находила понимания. Общепринятой она стала только в 1860 году.

Что такое молярная масса

Молярная масса — это масса одного моля вещества, она измеряется в граммах деленных на моль (г/моль). Данная величина представляет собой отношение массы вещества к его количеству, которое измеряется в молях.

Как обозначается молярная масса: М.

, где

— это масса вещества, а

— количество вещества.

Единица измерения молярной массы: г/моль.

Несмотря на то, что в 1 моле любого химического вещества содержится одинаковое количество молекул (и оно равно числу Авогадро), молярные массы разных веществ отличаются. Все потому, что отличаются атомы, которые входят в состав этих молекул. В частности, разница между ними заключается в относительной атомной массе (A_r) — например, A_r(Mg) = 24, а A_r(Hg) = 200. Сейчас станет ясно, какое это имеет значение.

Как определить молярную массу

Данная величина тесно связана с такими понятиями, как относительные атомная и молекулярная массы. Именно относительные, потому что абсолютную массу молекулы или атома вещества в химии не используют для решения задач — это слишком малые величины.

Относительная атомная масса вещества (A_r) показывает, во сколько раз его атом больше 1/12 атома углерода. Это значение для каждого химического элемента можно увидеть в таблице Менделеева.

Относительная молекулярная масса (M_r) складывается из Ar каждого атома в молекуле вещества с учетом индексов. Она показывает, на сколько масса молекулы больше 1/12 атома углерода.

, где

— это количество атомов.

Разберемся на примерах.

В молекуле хлорида натрия NaCl есть 1 атом натрия и 1 атом хлора, при этом A_r(Na) = 23, A_r (Cl) = 35,5.

M_r(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5.

В молекуле NaNO₂ есть 1 атом натрия, 1 атом азота и 2 атома кислорода.

A_r(Na) = 23, A_r(N) = 14, A_r(O) = 16.

M_r(NaNO₂) = 23 + 14 + 16 · 2 = 69.

Собственно, для вычисления молярной массы больше ничего и не требуется.

Количество вещества

Из предыдущих формул понятно, что молярная масса и количество вещества тесно связаны. Рассмотрим эту связь подробнее. Начнем с того, что количество вещества может обозначаться как латинской буквой

, так и греческой буквой

(ню). Международное обозначение —

, но не стоит удивляться, встретив в формулах любую из этих букв.

В формуле нахождения молярной массы мы обозначили количество вещества через

:

, следовательно

.

Пользуясь этим, можно найти количество вещества (в молях), если нам известны его абсолютная и молярная масса.

Пример 1

Как определить, какое количество вещества включают 350 г сульфата бария BaSO₄?

Воспользуемся формулой

.

Мы помним, что M = M_r (значение молярной массы равно значению относительной молекулярной).

M_r(BaSO₄) = A_r(Ba) + A_r(S) + A_r(O) · 4 = 137 + 32 + 16 · 4 = 233.

М(BaSO₄) = M_r(BaSO₄) = 233 г/моль.

Подставим значение молярной массы в формулу:

моль.

Есть и еще одна формула количества вещества, которая позволяет найти его, если известно число молекул или других структурных единиц.

, где

— число структурных единиц,

— число Авогадро.

Пример 2

Допустим, некий объем CaCO₃ содержит 3,01 · 10²³ молекул. Как найти количество вещества, соответствующее данному объему?

Воспользуемся формулой

моль.

Молярный объем

Выше мы находили количество вещества через молярную массу, но для газов это можно сделать и через молярный объем. Согласно закону Авогадро количество любого газа, равное 1 моль, будет занимать один и тот же объем, если газы рассматриваются при одинаковой температуре и давлении.

При стандартных физических условиях — температуре 0°С и давлении 1 атм или 760 мм ртутного столба, 1 моль газа занимает объем 22,4 л.

Молярный объем — это объем газа, взятого в количестве 1 моль. Он обозначается V_m.

При нормальных условиях V_m = 22,4 л/моль.

Значения молярного и фактического объема газа помогают найти количество вещества.

, где

— фактический объем газа, а

— молярный объем.

Пример 1

Сколько молей содержится в 120 литрах газа при нормальных условиях?

Рассчитаем по формуле

моль.

Ответ: 120 литров любого газа при стандартных условиях содержат 5,36 моль.

Относительная плотность одного газа по другому

Иногда для решения задачи нужно знать, как найти молярную массу газа, о котором сообщается лишь его плотность по воздуху или по другому газу. Это возможно, если знать формулу относительной плотности, которая обозначается буквой D.

, где

и

— некие газы.

Пример 1

Как определить, во сколько раз угарный газ плотнее водорода?

Для начала найдем молярную массу CO и H₂:

М(CO) = M_r(CO) = A_r(C) + A_r(O) = 12 + 16 = 28.

М(H) = M_r(H₂) = 2 · A_r(H) = 2 · 1 = 2.

.

Ответ: угарный газ в 14 раз плотнее водорода.

Пример 2

Как посчитать молярную массу газа х, о котором известно, что он в 10 раз плотнее углекислого газа CO₂?

Подсчитаем для начала молярную массу углекислого газа:

M(CO₂) = M_r(CO₂) = 12 + 2 · 16 = 44.

Ориентируясь на формулу относительной плотности, произведем расчет молярной массы искомого газа х.

М(х) = D(х/CO₂) · M(CO₂) = 10 · 44 = 440 г/моль.

Ответ: у данного газа молярная масса 440 г/моль.

Примеры задач

Итак, мы разобрались, как находить молярную массу жидкости, газа или твердого тела и как это понятие связано с количеством вещества, а также с относительной плотностью одного газа по другому. Чтобы закрепить знания, посмотрите, как эти сведения применяются в решении задач.

Задача 1

Известно, что 300 г неустановленного вещества содержат 12,04 · 10²³ молекул. Чему равна молярная масса данного вещества?

Дано:

N(х) = 12,04 · 10²³.

m(х) = 300 г.

M(х) = ?

Решение:

Найдем количество вещества

моль.

Подставим количество вещества в формулу

:

г/моль.

Ответ: молярная масса данного вещества 150 г/моль.

Задача 2

Какой объем займет водород в количестве 0,7 моль?

Дано:

моль.

Решение:

По формуле

мы можем найти объем

.

Зная, что молярный объем при обычных условиях составляет 22,4 л/моль, вычислим фактический объем водорода:

л.

Ответ: объем водорода составляет 15,68 литров.

Задача 3

В порции оксида серы SO₃ содержится 8,356 · 10²³ атомов кислорода. Какова масса этой порции?

Дано:

N(O) = 8,356 · 10²³.

m(SO₃) = ?

Решение:

Для решения задачи нам подходит формула

, т. е.

. Но для начала нужно найти количество вещества.

Мы знаем, что в одной молекуле SO₃ есть 3 атома кислорода, исходя из этого можно вычислить количество молекул в порции оксида:

, следовательно

.

Зная количество молекул, рассчитаем количество вещества:

моль.

Теперь можно узнать молярную массу SO₃:

M(SO₃) = 32 + 16 · 3 = 80 г/моль.

Рассчитаем фактическую массу через молярную массу:

г.

Ответ: абсолютная масса порции оксида серы 36,8 грамм.

Задача 4

Как рассчитать молярную массу простого вещества, о котором известно, что в порции 100 г содержится 15,05 · 10²³ молекул? Назовите это вещество.

Дано:

m(x) = 100 г.

N(x) = 15,05 · 10²³.

М(х) = ?

Решение:

В данном случае поможет вычислить молярную массу N_A, с помощью которого мы сначала узнаем количество вещества:

моль.

Исходя из этого, рассчитаем молярную массу:

г/моль.

Ответ: согласно таблице Менделеева можно предположить, что это кальций Ca.

Задача 5

Определите, насколько сероводород H₂S плотнее водорода H₂?

Решение:

Нам требуется вычислить относительную плотность сероводорода по водороду:

.

Для этого вычислим молярные массы H₂S и H₂:

М(H₂S) = 1 · 2 + 32 = 34 г/моль.

М(H₂) = 1 · 2 = 2 г/моль.

Подставим значения в формулу:

.

Ответ: сероводород в 17 раз плотнее водорода.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое число Авогадро и чему оно равно?

2. В чем измеряется молярная масса?

3. Напишите формулу молярной массы вещества.

4. Какая формула связывает количество вещества и его объем?

5. Как узнать количество вещества, если известно число молекул в порции?