Массы атомов и молекул. Количество вещества.

Так как массы атомов и молекул чрезвычайно малы (~10^–25–10^–27кг), то их удобно измерять не в килограммах, а в специальных относительных единицах. В качестве единичной атомной массы m_ед принимается двенадцатая часть массы изотопа углерода ¹²С. Эта величина имеет следующее значение:

. (1)

Относительной атомной единицей массы называется отношение массы данного атома m_атк атомной единице массы m_ед, т. е.

. (2)

Величины определяют экспериментально и их значения для химических элементов приведены в таблице Менделеева.

Относительная молекулярная масса молекулы вычисляется по аналогичной формуле:

. (3)

Относительные молекулярные массы с достаточной точностью могут быть найдены в виде суммы относительных атомных масс, составляющих молекулу. Известно, что масса молекулы меньше составляющих ее масс атомов на величину дефекта массы Δm, который определяется по формуле Эйнштейна Δm = ΔЕ /c², где ΔЕ – суммарная энергия связи атомов в молекуле, а с – скорость света. Для молекул, содержащих небольшое число атомов ΔЕ ~ 10 эВ = 1,6 ·10^–18 Дж этой энергии соответствует дефект массы Δm ~ 10^–35 кг, что в сто миллионов раз меньше масс молекул. Поэтому величиной дефекта массы пренебрегают. Зная для данной молекулы, легко найти ее массу

. (4)

В системе единиц СИ количество вещества выражается в молях. Молем называют количество вещества, содержащее столько частиц (молекул, атомов, электронов, фотонов и т. д.), сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода ¹²C. Это число называют постоянной Авогадро N_A. Согласно определению

. (5)

Учитывая (1), получим

. (6)

Массу одного моля называют молярной массой. Очевидно, что молярная масса

. (7)

С учетом (3) и (5), выражение (7) примет вид

. (8)

Число n молей связано с числом N молекул, содержащихся в данном количестве вещества, соотношением

(9)

Умножив числитель и знаменатель выражения (9) на массу m_молмолекулы, получим

(10)

где m – масса N молекул вещества.