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 NA, а измеряется в моль-1.
Число Авогадро — это количество молекул, ионов или других мельчайших частиц в 1 моле вещества.
NA = 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.
Месторождения и добыча
Среди стран СНГ на долю России приходится более половины выявленных запасов мела, 138 месторождений. Крупнейшие из них располагаются в трех субъектах Российской федерации:
- Белгородская область. Это главная сырьевая база страны. Мощность толщи составляет около 30 метров и выходит близко к поверхности. Здесь добывается самый чистый мел.
- Воронежская область. Особенность полезного горизонта — большая насыщенность водой, что затрудняет процесс добычи и обработки породы. Однако это компенсируется предельно однородной белой текстурой мела и высоким содержанием карбонатов кальция и магния — до 99%.
- Волгоградская область. Здесь находится самое большое количество меловых пластов — 12. Крупнейшее — в Михайловском районе.
В ближнем зарубежье наиболее значимое месторождение — Добрушское, расположенное в Гомельской области республики Беларусь. Средняя мощность залежи составляет 30 м.
Предварительно оцененные запасы — 400 млн тонн. Полезное ископаемое используется в основном в строительстве для производства цемента и извести.
На большинстве горных предприятий добыча полезного ископаемого в карьере ведется традиционным способом — с помощью экскаватора и ковша. Однако такой метод вызывает ряд трудностей:
- мел не просыхает в нужном объеме;
- порода налипает на рабочие элементы машин при выемке камня с нижних обводненных горизонтов;
- отсутствует необходимая фракция.
В настоящее время в ряде стран Западной Европы и в Америке для решения данных проблем используется принципиально новый способ добычи и предварительной обработки мела — при помощи роторной фрезы. Ее применение позволяет снизить затраты на эксплуатацию гидравлического экскаватора.
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.
Запоминаем!
Правильно говорить именно молярная, а не мольная масса.
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 (Ar) — например, Ar(Mg) = 24, а Ar(Hg) = 200. Сейчас станет ясно, какое это имеет значение.
Физические свойства и применение
Полезное ископаемое мел — это тонкозернистая карбонатная осадочная горная порода, имеющая органическое происхождение. В его структуре наибольший удельный вес составляют карбонаты кальция и магния, а также окиси металлов. Исходя из генезиса и химического состава, он обладает следующими характеристиками:
- имеет белый цвет, иногда окрашенный примесями в различные оттенки;
- хрупкий — легко прочерчивается простым карандашом;
- легкий — плотность варьируется от 1440 кг/м3 в кусковой разновидности до 1120 кг/м3 в порошке;
- нерастворимый в воде и устойчивый к выветриванию (образует массивные скалы Этрета на берегу Ла-Манша);
- пластичный во влажном состоянии.
Обладающий уникальной комбинацией яркости и белизны, низкой твердости и отсутствием вредных примесей, этот привлекательный природный материал служит сырьем для различных отраслей промышленности. Область применения мела включает в себя изготовление:
- наполнителя для эмульсий и красок;
- основы для производства строительных смесей и материалов;
- отбеливателя в бумажной промышленности;
- ускорителя процессов вулканизации резины;
- компонента шихты при варке стекла;
- муки для подкормки животных и приготовления комбикормов;
- сырья для производства удобрений и известкования почв;
- составной части зубных порошков и паст;
- базовой основы для изготовления косметических средств — пудры, помады, кремов;
- пищевой добавки Е170 против слеживания в продуктах питания.
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 (Ar) 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 (Mr) 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 Ar(Na) = 23, Ar (Cl) = 35,5.
Mr(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5.
В молекуле NaNO2 есть 1 атом натрия, 1 атом азота и 2 атома кислорода.
Ar(Na) = 23, Ar(N) = 14, Ar(O) = 16.
Mr(NaNO2) = 23 + 14 + 16 · 2 = 69.
Собственно, для вычисления молярной массы больше ничего и не требуется.
Важно
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе. Но путать эти два понятия не стоит — у них разный физический смысл. Молярная масса характеризует 1 моль, а относительная молекулярная — 1 молекулу.
Происхождение и состав белого камня
В 1838 году немецкий палеонтолог Х. Эренберг, делая описание геологического среза океанического дна, определил, что большая часть меловых залежей состоит из раковин простейших морских микроорганизмов — фораминифер, диаметр которых колеблется от 0,095−0,0047 мм. Их можно обнаружить во всех широтах и практически на всех глубинах, даже на дне Марианской впадины. Но наибольшее их количество и разнообразие наблюдается на глубине 200−300 м.
Существует 2 вида одноклеточных организмов. Одна часть поглощает песчинки из окружающего водного пространства, которые затем выделяются на поверхности клетки и приклеиваются к ее наружному слою, являясь в дальнейшем строительным материалом скелета. Другая большая часть активно поглощает растворенные в воде соли кальция и делает из них раковины. Именно этот вид сыграл главную роль в формировании известняка.
Наряду с фораминиферами, в создании древних меловых отложений принимали участие простейшие планктонные водоросли — кокколитофориды, на поверхности которых образуются известковые пластинки — кокколиты. После отмирания они оседают на дно водного бассейна, где формируются осадочные горные породы. Кроме остатков древних растений и раковин моллюсков, в меле содержатся различные неорганические примеси:
- тонко истертый кристаллический кальцит, связывающий обломки ракушек;
- желваки кремня — тонкозернистые конкреции кремнезема, состоящие из микроскопических зерен кварца;
- подмеси глины и глауконита, придающего камню зеленый оттенок.
За 80 миллионов лет в результате геологических процессов огромные скопления донных илов, отмерших беспозвоночных животных и растений сформировали монолитную горную породу — известняк и его виды. Движения литосферных плит вызвали поднятия участков морского дна и горы меловых отложений, достигающих нескольких метров, оказались на поверхности суши.
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 = Mr (значение молярной массы равно значению относительной молекулярной).
Mr(BaSO4) = Ar(Ba) + Ar(S) + Ar(O) · 4 = 137 + 32 + 16 · 4 = 233.
М(BaSO4) = Mr(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 Vm.
При нормальных условиях Vm = 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) = Mr(CO) = Ar(C) + Ar(O) = 12 + 16 = 28.
М(H) = Mr(H2) = 2 · Ar(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) = Mr(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.
Чем полезен мел для человека?
Мел содержит кальций, который очень полезен для нашего организма, ведь он основа костного строения. К тому же мел нормализует содержание железа в крови и очень хорошо влияет на зубную эмаль, предотвращая возникновение кариеса.
Интересные материалы:
Сколько ступеней во Всероссийском физкультурно спортивном комплексе Гто? Сколько ступенек на высоком Хротгаре? Сколько существовала Молодая гвардия? Сколько таджиков? Сколько танков в одной танковой дивизии? Сколько телят приносит корова? Сколько тонн топлива в цистерне? Сколько тонн в жд цистерне? Сколько цветов должен знать ребенок? Сколько туристов посетило Италию в 2022?
