§ 242. Моль. Постоянная Авогадро

Относительная молекулярная, масса указывает в то же время и отношение масса двух порций вещества, содержащих одинаковое число молекул. Поэтому  водорода (молекулярная масса ),  кислорода (молекулярная масса ) и  железа (его молекулярная масса  совпадает с атомной массой ) и т. д. содержат одно и то же число молекул. Количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т. д.), равное числу атомов в  изотопа углерода , называют молем. Из сказанного вытекает, что моли разных веществ содержат одно и то же число молекул. Поэтому моль принят в качестве единицы количества вещества и является одной из основных единиц . Масса моля вещества называется его молярной массой и обозначается буквой .

Из определения относительной молекулярной массы ) следует, что для углерода  молекулярная масса , а из определения моля следует, что для углерода  молярная масса . Таким образом, в случае углерода  молярная масса численно равна  относительной молекулярной массы. Легко сообразить, что такое же соотношение имеет место для любого вещества:  численно равна . Отметим, что  — величина безразмерная, а  выражается в килограммах на моль .

Число молекул в моле вещества, получившее название постоянной Авогадро, является важной физической константой. Для определения постоянной Авогадро были сделаны многочисленные исследования. Они относятся к броуновскому движению (§ 219), к явлениям электролиза и ряду других. Эти исследования привели к совпадающим результатам. В настоящее время принимают, что постоянная Авогадро

.

Итак,  водорода,  кислорода и т. д. содержат по  молекул. Чтобы представить себе громадность этого числа, вообразим пустыню площадью в 1 миллион квадратных километров, покрытую слоем песка толщиной . Если на песчинку приходится объем , то общее число песчинок в пустыне равно постоянной Авогадро.

Из закона Авогадро следует, что моли разных газов имеют при одинаковых условиях одинаковые объемы. Объем одного моля при нормальных условиях можно вычислить, разделив молярную массу какого-нибудь газа на его плотность при нормальных условиях.

Сделаем, например, расчет для кислорода. Так как , то . Из табл. 7 находим, что . Следовательно, объем моля кислорода

.

Таким образом, объем моля любого газа при нормальных условиях равен  (точнее, ). Заметим, что для моля газа уравнение состояния (238.1) можно записать в виде

,

где  — объем моля газа, а  — одинаковый для всех газов коэффициент пропорциональности, называемый газовой постоянной.

242.1. Пользуясь табл. 7, рассчитайте объемы моля азота и моля водорода при нормальных условиях.

242.2. Найдите число молекул в единице объема газа при нормальных условиях.

242.3.Вычислите массы молекулы водорода и кислорода.