§ 24. Кількість речовини. Моль — одиниця кількості речовини. Число Авогадро

• кожна речовина характеризується тільки їй притаманними молекулами.

Кількість речовини — фізична величина

Майже все, що людина бачить навколо себе, вона намагається описати кількісними характеристиками. Так, коли ми витрачаємо воду, ми обчислюємо її об’єм: скільки літрів (або кубометрів) її витекло з крану. Купуючи цукерки, ми вказуємо продавцеві їхню масу: скільки грамів треба зважити. Але в певних випадках знання маси або об’єму буде недостатнім. Наприклад, нам потрібно купити стільки яблук, щоб вистачило на всіх учнів у школі. Досить складно на ринку перераховувати тисячу чи дві тисячі яблук. Значно простішим буде порахувати число ящиків яблук (за умови, що ми знаємо, скільки яблук міститься в одному ящику). Тобто в цьому випадку ми рахуємо не окремі частинки, а число груп (порцій) частинок (мал. 24.1).

Мал. 24.1. Кількісні характеристики

Для розуміння хімічних явищ і процесів не завжди потрібно знати масу чи об’єм речовини. Часто для визначення кількості речовини набагато важливіше знати число атомів чи молекул, наприклад під час складання рівняння хімічних реакцій.

Для визначення числа частинок використовують спеціальну фізичну величину — кількість речовини. Її позначають латинською буквою n.

Вона показує, скільки частинок (структурних одиниць) речовини міститься в тому чи іншому зразку.

Для речовин молекулярної будови такими частинками є молекули, а для речовин немолекулярної будови такими частинками можуть бути атоми або йони.

Кількість речовини — фізична величина, що показує число структурних одиниць речовини (атомів, молекул, йонів тощо).

Моль — одиниця вимірювання кількості речовини

Атоми й молекули дуже малі, тому недивно, що їх число в навколишньому світі величезне. Навіть у найменшому кристалі цукру число молекул перевищує мільярд мільярдів. Тому практично неможливо перераховувати окремі молекули. Для вимірювання кількості речовини використовують спеціальну одиницю — моль.

1 моль — це така кількість речовини, що містить 6,022 · 10 23 структурних одиниць цієї речовини (атомів, молекул, йонів тощо).

До кількості речовини слід ставитися як до звичайного числа, що дозволяє виразити число атомів або молекул у певній порції речовини (мал. 24.2). У тому, що один моль речовини містить таке «екзотичне» число частинок, немає нічого незвичайного. Подібні числа (або порції) нам трапляються досить часто, і використовуємо ми їх для вимірювання маси, об’єму, часу й навіть грошей. Більшість з них є досить простими числами. Наприклад, одна тонна — це одна тисяча кілограмів, один кубічний метр — це одна тисяча літрів, одна година — це 60 хвилин, одна гривня — це сто копійок. Існують також величини вимірювання, що не кратні десяти: одна доба — це 24 години, одна дюжина — це 12 штук, один карат — це 0,2 грама, а один світловий рік — це майже 9,5 · 10 12 кілометрів.

Мал. 24.2. Для вимірювання кількості можна користуватися різними одиницями: олівці рахують штуками, папір — аркушами, атоми — молями

У кожної речовини є власні структурні одиниці. Наприклад, вугілля складається з атомів Карбону, а сірка — з молекул S8. Тому зразки різних речовин кількістю речовини 1 моль мають різні маси та об’єми (мал. 24.3).

Мал. 24.3. Зразки речовин кількістю 1 моль

Число Авогадро

Число 6,022 · 10 23 називають числом Авогадро на честь італійського вченого Амедео Авогадро. Чому саме таке число було обране для визначення моля речовини? Справа в тому, що стільки атомів міститься у зразку вуглецю масою 12 г, що в сучасній науці використовують як стандарт для визначення атомної одиниці маси. Ураховуючи це, можна дати ще одне визначення моля:

Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ді Кваренья ді Черето (1776-1856)

Італійський фізик і хімік. Народився в Турині в родині службовця судового відомства. Здобув юридичну освіту, після чого став доктором церковного законознавства. У 24 роки почав самостійно вивчати природничі науки. Із 1809 р. викладав у Туринському університеті на посаді професора вищої фізики. Із 1850 р. директор відділення фізики й математики Туринської академії наук. Увів у науку поняття «молекула» і «молекулярна вага». На основі відкритого ним закону розробив метод визначення молекулярних і атомних мас. Першим з’ясував, що формула води — Н2О, а не НО, як вважали раніше. Визначив склад багатьох речовин — водню, кисню, азоту, амоніаку, оксидів Нітрогену, Хлору, Фосфору тощо. Уперше правильно визначив атомну масу багатьох елементів. Заклав основи атомно-молекулярної теорії. Однак його праці було визнано лише після його смерті у 1860 р. на Міжнародному конгресі хіміків у Карлсруе.

1 моль — це така кількість речовини, у якій число частинок (атомів чи молекул) дорівнює числу атомів Карбону 12 С, що міститься в зразку вуглецю масою 12 г.

Числу Авогадро чисельно дорівнює стала Авогадро NA. Ця стала, на відміну від числа Авогадро, виражається в одиницях, ділених на моль (1/моль або моль -1 ):

NA = 6,022 · 10 23 моль -1

Для більшості розрахунків число Авогадро округляють до 6 · 10 23 .

Відомо, що один атом Карбону нукліда 12 С має масу 1,9993 10 -23 г. Отже, у 12 грамах такого вуглецю число атомів Карбону дорівнює:

Із курсу хімії 7 класу вам відомо, що одна атомна одиниця маси дорівнює 1,66 10 -24 г. Добуток атомної одиниці маси й числа Авогадро дорівнює 1 г:

Отже, визначення моля безпосередньо пов’язане з визначенням одиниці маси атомів і молекул, а число Авогадро є коефіцієнтом пропорційності між масою атомів та їхньою відносною атомною масою.

Розв’язання задач з використанням кількості речовини

Знаючи сталу Авогадро, можна будь-яку кількість речовини виразити в молях. Якщо речовина містить N молекул (або структурних одиниць), то кількість речовини дорівнює:

Навпаки, знаючи кількість речовини в молях, можна обчислити число частинок:

N = n · NA

Задача 1. У кімнаті міститься 2,77 · 10 26 молекул кисню. Визначте кількість речовини кисню.

Задача 2. Визначте число атомів Оксигену й Гідрогену, що містяться в 5 моль води.

Задача 3. У склянці міститься близько 11 моль молекул води. Визначте число молекул у склянці.

Лінгвістична задача

Слова «моль» і «молекула» мають спільний корінь і походять від латинських слів. Слово «молекула» було трансформовано зі словосполучення молес-корпускула або мас-корпускула. Як ви вважаєте, що латиною означає слово «молес»?

• Зробити висновок про те, наскільки величезне чисельне значення сталої Авогадро, можна за таким порівнянням: площа поверхні нашої планети дорівнює 510 млн км 2 . Якщо рівномірно розсипати по всій поверхні 6,02 · 10 23 піщинок діаметром лише 1 мм, то вони утворять шар піску завтовшки понад один метр.

• У наш час добуто силіцій із чистотою 99,9999999 %. Це означає, що серед одного мільярда атомів Силіцію міститься лише один атом іншого елемента.

• В Америці вчені святкують День числа Авогадро. Святкування відбувається від 6 години 02 хвилини ранку 23 жовтня до 6 години 02 хвилини наступного дня.

1. Кількість речовини — одна з фізичних величин, що дозволяє вимірювати кількісні характеристики речовини. Вона показує число структурних одиниць речовини в певному зразку.

2. Кількість речовини позначають буквою n; одиниця вимірювання — моль. У речовині кількістю 1 моль міститься 6,02 · 10 23 структурних одиниць цієї речовини (атомів, молекул, йонів тощо).

3. Число 6,02 · 10 23 називають числом Авогадро. Воно дорівнює числу атомів Карбону, що міститься в зразку вуглецю масою 12 г. Стала Авогадро позначається символом NA і дорівнює 6,02 · 10 23 моль -1 .

Контрольні запитання

1. Дайте визначення поняттям «кількість речовини» та «моль».

2. Яку розмірність має стала Авогадро? Чому дорівнює її значення?

3. Запропонуйте спосіб, у який можна наочно продемонструвати, наскільки велике число Авогадро.

4. Наведіть формулу для обчислення кількості речовини за відомим числом частинок.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. У ложці води міститься близько 0,5 моль речовини. Обчисліть число молекул води в ложці.

2. У склянку вміщується близько 1,5 моль цукру. Обчисліть число молекул цукру в склянці.

3. У повітряній кулі міститься близько 0,9 · 10 23 молекул азоту. Обчисліть кількість речовини азоту (у молях).

4. Визначте кількість речовини атомів Оксигену, що міститься у вуглекислому газі СO2 кількістю: а) 0,5 моль; б) 2 моль.

5. Обчисліть кількість речовини озону O3, якщо відомо, що число атомів Оксигену в ньому становить: а) 3 · 10 23 ; б) 0,6 · 10 19 ; в) 3 моль; г) 0,18 моль.

6. Визначте кількість речовини атомів кожного хімічного елемента, що міститься в 1 моль наведених сполук: а) Сl2; б) H2SO4; в) Н3РO4; г) Fe2O3; Д) Са(ОН)2.

Урок 27 “Розв’язування задач на заломлення світла” з фізики для 9 класу

Закріпити знання за темою «Заломлення світла на межі поділу двох середовищ. Закони заломлення світла», продовжити формувати навички та вміння розв’язувати фізичні задачі, застосовуючи отримані знання,розвивати уважність, вміння аналізувати, робити узагальнення.

9 клас

Розв’язування задач

  • закріпити знання за темою «Заломлення світла на межі поділу двох середовищ. Закони заломлення світла»;
  • продовжити формувати навички та вміння розв’язувати фізичні задачі, застосовуючи отримані знання.

розвивальна:

  • розвивати уважність, вміння аналізувати, робити узагальнення;
  • розвивати навички само або взаємоперевірки за допомогою мультимедійних та традиційних засобів.
  • виховувати інформаційну культуру, критичне та об’єктивне відношення до власних навчальних досягнень, зацікавленість предметом фізики.

Тип уроку: урок застосування знань, умінь, навичок.

Очікувані результати: учні повинні вміти розв’язувати задачі різних типів за темою «Заломлення світла на межі поділу двох середовищ. Закон заломлення світла».

І. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація знань учнів

Бесіда за питаннями

  • Яким є відбивання світла від кіноекрана: дзеркаль ­ ним чи розсіяним? Обґрунтуйте свою відповідь.
  • Тіло практично не відбиває світла. Чи можемо ми його побачити?
  • Чим відрізняється відбивання сонячного світла від зеленого па ­ перу, білого паперу та дзеркала?
  • Світловий промінь, що перейшов з води у скло, зазнав заломлен ­ ня. Порівняйте кути падіння та заломлення променя.
  • Світло якого кольору відхиляється на найбільший кут?

Загадка « Про яке явище цей вірш?»

Хто цей злодій? Де сховався?

Може, ложка чарівна? (Заломлення світла)

Фізичний диктант

  1. (1 бал) Добре чи погано відбивається червоне світло від зеленої поверхні? (погано)
  2. (1 бал) Чи відбиватиметься червоне світло від червоної поверхні? (так)
  3. (1 бал) Якого кольору може бути поверхня, якщо від неї добре відбивається зелене світло? (зеленого)
  4. (1 бал) Якщо на ділянку білої стінки направити промені від трьох кольорових ліхтариків: червоного, зеленого та синього, то в який колір буде забарвлена ця ділянка стіни?
  5. (1 бал) Завдяки якому явищу після дощу в небі з’являється веселка? (дисперсії)
  6. (1 бал) Сажа чорного кольору тому, що вона промені всіх кольорів … (поглинає)
  7. (2 бали) Який напис буде видно на аркуші паперу, якщо направити на нього зелене світло?
  1. (2 бали) На скляну призму падають два паралельні промені. Чи залишаться ці промені паралельними після виходу з призми? (Ні)

IІІ. Розв’язування задач

Чи може світловий промінь перейти з одного середовища до іншого, не змінивши свого напряму?

Розв’язання:

Так, якщо кут падіння променів на межу розподілу двох середовищ

Світловий промінь, який перейшов із повітря у скло, зазнав заломлення. Порівняйте кути падін ­ ня та заломлення променя.

Розв’язання

Кут падіння більший, аніж кут заломлення, оскільки скло – більш оптично густе середовище (швидкість світла в повітрі більша, аніж у склі.

Світловий промінь, який падає знизу на поверх ­ ню води, зазнає відбивання та заломлення. У яко ­ му з випадків а-г на рисунку правильно показа ­ но відбитий і заломлений промені?

Розв’язання

Встановивши перпендикуляр, бачимо, що підходить тільки пункт a)

У якому з випадків а-г на рисунку правильно по ­ казано хід світлового променя, що зазнав заломлен ­ ня, падаючи з повітря на поверхню прозорого ма ­ теріалу?

Розв’язання

Встановивши перпендикуляр, бачимо, що підходить тільки пункт а)

б) – промінь не пройшов в прозоре середовище;

в) – неправильно зображений заломлений промінь

г) – неправильне співвідношення між кутом падіння і кутом заломлення

Світловий промінь переходить із повітря у прозору рідину. Якщо кут падіння променя становить 45°, то кут заломлення дорівнює 30°. На який кут відхиляється промінь від початкового напряму?

α = 45° β = α + γ = 45 0 – 30 0 = 15 0

Світло падає на плоску межу поділу двох прозорих середовищ. Кут між падаючим і заломленим променями становить 170 0 , а кут падіння – 40 0 . Визначити кут заломлення променя. Відповідь поясніть схематичним рисунком

γ – ? γ = 170 0 + 40 0 – 180 0 = 30 0 .

Оскільки α > γ, то друге середовище оптично густіше.

Відповідь: γ = 30 0 , друге середовище оптично густіше.

Світловий промінь переходить із повітря у прозору рідину. Якщо кут падіння променя становить 45°, то кут заломлення дорівнює 30°. На який кут відхи ­ ляється промінь від початкового напряму? Знайдіть показник заломлення рідини.

Знайдіть за рисунком показник заломлення се ­ редовища, до якого переходить світло з вакууму. Чи правильно показано відбитий промінь?

Проведемо з точок перетину падаючого променя і кола та заломленого променя і кола перпендикуляри АВ і СD до вертикалі:

Промінь світла падає на межу між повітрям та склом. Який рисунок правильний?

Відповідь:

Правильний рисунок в. Тому що, якщо промінь світла переходить у середовище з більшою оптичною густиною (тобто швидкість світла зменшується: v 2 < v 1 ), то кут заломлення є меншим від кута падіння: γ < α;

Промінь світла потрапляє на поверхню води від підводного джерела освітлення під кутом 35°. Під яким кутом він вийде у повітря? Чи вийде світловий промінь із води в повітря, якщо кут падіння становитиме 50°? Чому?

Знайдемо насамперед граничний кут повного відбивання:

Отже, при куті падіння промінь в повітря не вийде – повне внутрішнє відбивання.

При α = 35 ° :

Задача 11. На плоске дзеркало падає збіжний пучок світла (див. рисунок). Перекресліть рисунок у зошиті та покажіть хід променів після відбивання від дзеркала.

(Синім кольором відмічені графічні розв’язки задач)

Промінь світла потрапляє на поверхню води під кутом 50°. Під яким кутом повинен впасти промінь на поверхню плексигласу (n=1,5), якщо кут заломлення був таким самим.