Množství hmoty

Množství hmoty Klíčové údaje

SI jednotky	krtek
Dimenze	NE
Příroda	Velikost skalární konzervativní rozsáhlá
Obvyklý symbol	$ne$

V chemii nebo fyzice , „v množství hmoty , symbol n, systému je znázornění počtu uvedených základních subjektů. Elementární entitou může být atom , molekula , iont , elektron nebo jakákoli jiná částice nebo specifická skupina částic. „ Toto je fyzikální veličina, jejíž jednotkou odpovídající v mezinárodním systému jednotek (SI) je mol . Jednotkové množství materiálu je tedy „jeden mol “ uvažovaného materiálu, bez ohledu na tento materiál.

Výraz „množství hmoty“ byl definován až v roce 1969. Výraz „ počet krtků “, který již existoval, zůstává správný a je mezi chemiky stále rozšířený. Termín „ chemické množství “ je také přijímán jako synonymum pro „množství hmoty“ a je používán v některých pracích. Kromě toho SI brožura z BIPM , v Gold knihy a zelené knize o IUPAC obhajují použití „kvantity i “ odkazovat na počet molů látky i daný, například „Množství vody,“ vyjádřil počet molů vody, nikoli „množství vodní hmoty“.

Množství hmoty by nemělo být zaměňováno s hmotností , která je vyjádřena v kilogramech . Rozdíl mezi nimi je molární hmotnost , která může nabývat extrémně vysokých hodnot zejména v případě makromolekul .

Ocenění množství materiálu

Definice

Množství materiálu vyjádřené v molech je definováno takto:

{\ displaystyle n = {\ frac {N} {N _ {\ mathrm {A}}}}}

$ne$ : množství látky vyjádřené v molech (mol);
$NE$ : počet entit stejného druhu (molekuly, ionty, atomy, elektrony atd.) zapojených do systému, který nemá žádnou jednotku;
${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$ : Avogadrova konstanta , která je 6,02214076 × 10 23 mol -1 (hodnota doporučená BIPM ).

Množství hmoty je rozsáhlé množství , to znamená, že množství hmoty v systému je součtem množství hmoty na všech jejích částech.

V zásadě tedy množství hmoty odráží pouze počet jednotek stejného druhu.

Přírodní jednotka o množství materiálu, je teoreticky „jednota“, což je množství elementární (a minimální); řada entit stejného druhu (molekuly, ionty, atomy, elektrony atd.) musí být nutně přeložena na celé číslo. Dělení Avogadrovou konstantou situaci zásadně nezmění: stejně dobře bychom mohli uvažovat, že Avogadrova konstanta je jednou z předpon mezinárodního systému jednotek , trochu zvláštní v tom, že nestojí za moc deseti, ale ~ 0,6 yotta , a že krtek je atypická jednotka systému ukládajícího přepočítací faktor při počítání toho, co se na atomové úrovni ukáže jako entity stejného druhu.

Množství hmoty je však víc než jen číslo a mol více než jednoduchý převodní faktor, a to ze dvou důvodů. Nejprve praktický důvod: po dlouhou dobu mohli chemici manipulovat s „počtem krtků“ chemického druhu, aniž by bylo známo číslo Avogadro , a nutnost vyžadovala nastavení libovolné konstantní konverze.

Zásadněji tato představa odráží radikální změnu rozsahu: množství hmoty je to, co umožňuje vytvořit souvislost mezi mikroskopickou úrovní (entita počítána) a makroskopickou úrovní (množství látky běžně manipulované v chemii, tvořené ' obrovský počet entit); a kvalitativně se celkové chování látky nesníží na superpozici individuálního chování jejích základních částic. Toto velmi velké číslo je prvním krokem ve třech skokech v měřítku mezi nekonečně velkým a nekonečně malým:

počet částic řádově Avogadrova čísla typicky představuje hmotnost řádově několika gramů. Tisíc je lidská stupnice; ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$
doménou planetárního měřítka je číslo Avogadro za ním. Tisíc nad kilogram, sluneční hmotnost je řádově 2 × 10 29 g ; ${\ displaystyle N _ {\ mathrm {A}}}$
vesmír jako celek je stále ještě číslem Avogadra. Počet hvězd ve vesmíru je velmi hrubě odhaduje na 10 24 , na základě počtu galaxií a odhad počtu hvězd na galaxii.

Množství hmoty a hmoty

Jeden mol z uhlíku 12 atomů a tři moly hélia 4 atomy obsahují stejný počet protonů , neutronů a elektronů , tj 6 molů protonů, 6 moly neutronů a 6 moly elektronů.

Ukazuje se však, že hmotnost jednoho molu uhlíku 12 má hodnotu přibližně 12 gramů (podle definice molu platné od roku 1971 do roku 2019), zatímco hmotnost tří molů helia 4 má hodnotu 3 x 4,0026 = 12,007 8 gramů. To znamená, že v atomovém měřítku má atom uhlíku 12 hmotnost o něco menší než hmotnost tří atomů helia 4, i když v obou případech máme na mysli 6 protonů, 6 neutronů a 6 elektronů.

Protože dokonale identické množství protonů, neutronů a elektronů může mít různé hmotnosti v závislosti na typu atomu, ke kterému patří, vyplývá z toho, že nelze jednoduše ztotožnit hmotnost s množstvím hmoty.

V tomto příkladu je pozorovaný hmotnostní rozdíl vysvětlen rozdílem mezi jadernými vazebnými energiemi helia a uhlíku: pokud je hmotnost chápána jako forma energie obsažené v hmotě, je možné, že různé atomové vazby používají různá množství energie a nechte víceméně ve formě mše. Tato hmotnost je považována za formu energie obsažené v hmotě, pochází ze slavného vzorce . $E = m \ krát c ^ {2}$

Množství hmoty a těžké hmoty

Hlavním projevem množství hmoty je hmotnost , kterou se měří. Souvislost mezi množstvím hmoty a hmotou je koeficient zvaný molární hmotnost , který závisí na uvažovaných chemických druzích.

Hmotnost jako množství hmoty velmi silně souvisí s jedním ze základních aspektů hmotnosti, s hmotou těžkou , přímo pozorovanou vážením. Na rozdíl od inertní hmoty , která odráží odpor hmoty vůči pohybu v dynamickém kontextu, těžká hmota v podstatě odráží rozsáhlou statickou kvalitu hmoty.

Ve fyzických systémech, kde je nutné koncepčně rozlišovat mezi fyzikálními veličinami inertní hmoty a těžké hmoty, můžeme schematicky říci, že pokud v popisu systému lze fyzickou veličinu mající rozměr v hmotě nahradit fyzickou veličinou se stejným chováním, ale tam, kde je hmota nahrazena množstvím hmoty, je dotyčná hmota těžkou hmotou .

Množství hmoty a chemický potenciál

Druhým hlavním projevem množství hmoty je chemická energie obsažená v tomto množství hmoty, která se promítá do chemického potenciálu nebo odvozených konceptů. Je definován až do aditivní konstanty; je to přesněji rozdíl energie, který bude pravděpodobně přenesen změnou určitého množství hmoty z jednoho chemického stavu do druhého nebo z jedné fáze do druhé, podle daných modalit.

Množství hmoty se již neprojevuje jako váha zúčastněné látky, ale jako množství změn, které je tato látka schopna vnést do systému. Vyjádření těchto energetických potenciálů ve vztahu k množství hmoty, a ne například ve vztahu k vážení, nám připomíná, že aktivní entita je chemická látka a ne nediferencovaná hmota.

Množství hmoty a elektřiny

Subjekty stejného druhu jsou obecně chemické molekuly, ale mohou to být také ionty nebo extenzní elektrony .

Faradayova konstanta odráží skutečnost, že představuje množství materiálu vloženého z hlediska elektrického náboje.

Vzorce pro množství materiálů

Množství hmoty počítající racionální chemické nebo fyzikální entity může souviset s jinými veličinami podle povahy nebo vlastností těchto entit.

Souvislost s molární hmotou druhu

{\ displaystyle n = {\ frac {m} {M}}}

$ne$ : množství materiálu vyjádřené v molech (mol);
$m$ : hmotnost vzorku vyjádřená v gramech (g);
$M$ : molární hmotnost druhu, která odpovídá hmotnosti jednoho molu tohoto druhu, a je vyjádřena v gramech na mol (g · mol −1 ).

Tento vztah umožňuje odebrat požadovaný počet molů z látky v pevné formě, často ve formě prášku.

Vztah k hustotě druhu

{\ displaystyle n = {\ frac {\ rho \, V} {M}}}

$ne$ : množství materiálu vyjádřené v molech (mol);
$\ rho$ : hustota vyjádřená v gramech na litr (g · l −1 );
$PROTI$ : objem vyjádřený v litrech (l);
$M$ : molární hmotnost druhu, která odpovídá hmotnosti jednoho molu tohoto druhu, a je vyjádřena v gramech na mol (g · mol −1 ).

Tento vzorec je užitečný pro odebírání vybraného množství hmoty z kapaliny, protože zná například její hustotu, která může souviset s hustotou.

Spojení s molárním objemem

{\ displaystyle n = {\ frac {V} {V _ {\ mathrm {m}}}}}

$ne$ : množství materiálu vyjádřené v molech (mol);
$PROTI$ : objem vzorku vyjádřený v litrech (l);
${\ displaystyle V _ {\ mathrm {m}}}$ : molární objem, který odpovídá objemu jednoho molu za stejných teplotních a tlakových podmínek jako u vzorku, vyjádřený v litrech na mol (l · mol −1 ).

To platí jak pro plyny, tak pro kapaliny a pevné látky. Molární objem závisí na teplotních a tlakových podmínkách.

Zákon o ideálním plynu

{\ displaystyle n = {\ frac {P \, V} {R \, T}}}

$ne$ : množství materiálu vyjádřené v molech (mol);
$P$ : tlak vyjádřený v pascalech (Pa);
$PROTI$ : objem vyjádřený v metrech krychlových (m 3 );
$T$ : teplota vyjádřená v kelvinech (K);
$R$ : univerzální konstanta ideálních plynů ( J mol −1 K −1 ).

Tento vzorec platí pro plyny a je a priori platný pouze v rámci modelu ideálního plynu , který však v mnoha případech zůstává dobrým přiblížením.

Souvislost s koncentrací

{\ displaystyle n = C \, V}

$VS$ : molární koncentrace vyjádřená v molech na litr (mol·l −1 );
$ne$ : množství materiálu vyjádřené v molech (mol);
$PROTI$ : objem vyjádřený v litrech (l).

To se používá například ke stanovení objemu roztoku dané koncentrace pro ředění . Molární koncentrace je vyjádřena jako funkce množství materiálu a objemu.

Poznámky a odkazy

Poznámky

Brožura o IS 2019 , s. 21-22.
(en) " Množství látky ," Kompendium chemického názvosloví [ " Gold Book "], IUPAC , 1997, opravené verze on-line: (2006), 2 nd ed..
Peter W. Atkins, Elements of Physical Chemistry , De Boeck University, 1996.
(in) IUPAC , Veličiny, jednotky a symboly ve fyzikální chemii ( Zelená kniha ) ,2007, 3 e ed. ( číst online [PDF] ) , str. 53-54.
Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii . Veličiny, jednotky a symboly ve fyzikální chemii [„ Zelená kniha “], Oxford, Blackwell Science,1993, 2 nd ed. ( ISBN 0-632-03583-8 , číst online ) , s. 41..
„ BIPM - Avogadro Project “ , na adrese http://www.bipm.org/ , International Bureau of Weights and Measures (přístup k 31. srpnu 2016 ) .
periodická tabulka prvků. dává pro izotop 4 He relativní atomovou hmotnost 4,002603250.

Bibliografie

International Bureau of Weights and Measures , The International System of Units ,2019, 9 th ed. ( ISBN 978-92-822-2272-0 , číst online [PDF] ) , s. 21-22.

Související články