Количество вещества

Коли́чество вещества́ — физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы)^[1]. Единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ) и в системе СГС — моль^[2]. Без конкретизации объекта рассмотрения термин «количество вещества» не используют^{[K 1]}.

Количество вещества
${\displaystyle \ n}$, ${\displaystyle \ \nu }$
Размерность	N
Единицы измерения
СИ	моль
СГС	моль

Применение

Эта физическая величина используется для измерения макроскопических количеств веществ в тех случаях, когда для численного описания изучаемых процессов необходимо принимать во внимание микроскопическое строение вещества, например, в химии при изучении процессов электролиза, или в термодинамике при описании уравнений состояния идеального газа.

При описании химических реакций количество вещества является более удобной величиной, чем масса, так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратных целым числам.

Например, для реакции горения водорода (2H₂ + O₂ → 2H₂O) требуется в два раза большее количество вещества водорода, чем кислорода. При этом масса водорода, участвующего в реакции, примерно в 8 раз меньше массы кислорода (так как атомная масса водорода примерно в 16 раз меньше атомной массы кислорода). Таким образом, использование количества вещества облегчает интерпретацию уравнений реакций: соотношение между количествами реагирующих веществ непосредственно отражается коэффициентами в уравнениях.

Так как использовать в расчётах непосредственно количество молекул неудобно, потому что это число в реальных опытах слишком велико, вместо измерения количества молекул в единицах «штука», их измеряют в молях. Фактическое количество единиц «штука» в 1 моле вещества называется числом Авогадро (N_A = 6,02214076⋅10²³ «штука»/моль^[4]).

Количество вещества обозначается латинской ${\displaystyle n}$ (эн) и не рекомендуется обозначать греческой буквой ${\displaystyle \nu }$ (ню), поскольку этой буквой в химической термодинамике обозначается стехиометрический коэффициент вещества в реакции, а он, по определению, положителен для продуктов реакции и отрицателен для реагентов^{[K 2]}. Однако в школьном курсе широко используется именно греческая буква ${\displaystyle \nu }$ (ню).

Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса: ${\displaystyle n=m/M}$, где m — масса вещества, M — молярная масса вещества. Молярная масса — это масса, которая приходится на один моль данного вещества. Молярная масса вещества может быть получена произведением молекулярной массы этого вещества на количество молекул в 1 моле — на число Авогадро. Молярная масса (измеренная в г/моль) численно совпадает с относительной молекулярной массой.

По закону Авогадро количество газообразного вещества можно также определить на основании его объёма: ${\displaystyle n}$ = V / V_m, где V — объём газа при нормальных условиях, а V_m — молярный объём газа при тех же условиях, равный 22,4 л/моль.

Таким образом, справедлива формула, объединяющая основные расчёты с количеством вещества:

${\displaystyle n={\frac {m}{M}}={\frac {N}{N_{\mathrm {A} }}}={\frac {V}{V_{\mathrm {m} }}}}$

Примечания

Комментарии

1. Можно говорить о количестве вещества для молекул (формульных единиц) водорода ${\displaystyle {\ce {H2}}}$, можно говорить о числе молей атомов водорода ${\displaystyle {\ce {H}}}$, но словосочетание «один моль водорода» без конкретизации объекта обсуждения лишено смысла^[3].
2. ${\displaystyle {\mathsf {5B+4{,}5H_{2}\ {\xrightarrow {}}\ B_{5}H_{9}}},~\Delta H_{298}^{\circ }=+62{,}8~\mathrm {kJ} }$
   Когда теплота реакции записывается так, как это сделано в данном уравнении, подразумевается, что она выражена в килоджоулях на стехиометрическую единицу («моль») реакции по записанному уравнению. В рассматриваемом случае теплота реакции равна 62,8 кДж на моль (+62,8 кДж · моль⁻¹) B₅H₉ (газообразного), но составляет только 12,56 кДж на моль израсходованного бора (твёрдого кристаллического) или 62,8 кДж на каждые 4,5 моля газообразного водорода. Теплоты реакций всегда табулируются в расчете на моль образующегося соединения.

Источники

1. Количество вещества // Большой энциклопедический политехнический словарь (рус.). — 2004.
2. Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 85. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
3. Пресс И. А., 2017, с. 119.
4. Avogadro constant (англ.). Physical Measurement Laboratory. National Institute of Standards and Technology. Дата обращения: 7 февраля 2017. Архивировано 29 июня 2015 года.

Литература

• Пресс И. А. Основы общей химии. — 3-е изд., стереотип. — СПб.: Химиздат, 2017. — 352 с. — ISBN 978-5-93808-286-1.