Количество вещества: что это и как рассчитать

Количество вещества – одна из базовых величин в химии. Без неё невозможно составить уравнение реакции, рассчитать выход продукта или приготовить раствор нужной концентрации.

Что такое количество вещества

Количество вещества (обозначается n) – физическая величина, которая показывает число структурных единиц вещества: атомов, молекул, ионов или других частиц.

Атомы и молекулы ничтожно малы. В одной капле воды их около 10²¹ – столько невозможно считать поштучно. Поэтому химики используют удобную единицу – моль.

Один моль – это ровно 6,022 × 10²³ частиц. Это число называют числом Авогадро (Nₐ). Оно подобрано так, чтобы масса одного моля в граммах совпадала с молекулярной массой вещества в атомных единицах.

Пример: молярная масса воды H₂O = 18 г/моль. Значит, 18 г воды содержат ровно 1 моль молекул, то есть 6,022 × 10²³ молекул H₂O.

Единица измерения – моль

Моль (моль) – единица количества вещества в системе СИ. Это одна из семи основных единиц наравне с метром, килограммом и секундой.

С 2019 года моль определяется через точное фиксированное значение числа Авогадро:

Nₐ = 6,02214076 × 10²³ моль⁻¹

Это означает, что в 1 моль любого вещества содержится ровно 6,02214076 × 10²³ структурных частиц – неважно, атомы это, молекулы или ионы.

Молярная масса

Молярная масса (M) – масса одного моля вещества. Измеряется в г/моль.

Численно молярная масса совпадает с относительной атомной или молекулярной массой из таблицы Менделеева.

Молярную массу соединения считают сложением атомных масс всех элементов с учётом индексов.

Формулы расчёта количества вещества

Количество вещества связано с тремя основными характеристиками образца: массой, числом частиц и объёмом газа.

Через массу

• n – количество вещества, моль
• m – масса образца, г
• M – молярная масса, г/моль

Отсюда же выводятся обратные формулы:

• масса: m = n × M
• молярная масса: M = m / n

Через число частиц

• N – число частиц (атомов, молекул, ионов)
• Nₐ = 6,022 × 10²³ моль⁻¹ – число Авогадро

Через объём газа (нормальные условия)

• V – объём газа, л
• Vₘ = 22,4 л/моль – молярный объём при н.у. (0°С, 101,325 кПа)

Через концентрацию раствора

• C – молярная концентрация, моль/л
• V – объём раствора, л

Как рассчитать количество вещества: три разобранных примера

Пример 1. Через массу

Задача. Сколько молей содержится в 49 г серной кислоты H₂SO₄?

Решение:

1. Находим молярную масс: M(H₂SO₄) = 2 + 32 + 64 = 98 г/моль
2. Применяем формулу: n = m / M = 49 / 98 = 0,5 моль

Пример 2. Через число молекул

Задача. Сколько молей составляют 1,806 × 10²⁴ молекул CO₂?

Решение: n = N / Nₐ = 1,806 × 10²⁴ / 6,022 × 10²³ = 3 моль

Пример 3. Через объём газа

Задача. Какое количество вещества составляет 5,6 л азота N₂ при нормальных условиях?

Решение: n = V / Vₘ = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

Как пользоваться калькулятором количества вещества

Калькулятор выше выполняет расчёт по трём маршрутам – в зависимости от исходных данных.

Входные данные

Маршрут «Масса → моль»

• Масса вещества – числовое поле, граммы (диапазон: 0,001–1 000 000 г). По умолчанию: 18 г
• Молярная масса – числовое поле, г/моль (диапазон: 1–10 000 г/моль). По умолчанию: 18 г/моль (вода)

Маршрут «Частицы → моль»

• Число частиц – числовое поле в формате обычного числа или научной нотации (например: 6,022e23). По умолчанию: 6,022 × 10²³

Маршрут «Объём газа → моль»

• Объём газа – числовое поле, литры (диапазон: 0,001–1 000 000 л). По умолчанию: 22,4 л
• Молярный объём – числовое поле, л/моль. По умолчанию: 22,4 л/моль (н.у.). Можно изменить для других условий (например, 24,5 л/моль для 25°С)

Пользователь выбирает нужный маршрут переключателем. Расчёт обновляется мгновенно при изменении любого поля.

Результаты и дополнительные данные

Основной результат – количество вещества n в молях, отображается крупно.

Дополнительно калькулятор показывает:

• Число частиц N = n × Nₐ (для маршрутов через массу и объём)
• Масса m = n × M (для маршрутов через частицы и объём, если задана молярная масса)
• Объём газа при н.у. V = n × 22,4 (для всех маршрутов)

Если пользователь вводит 0 или отрицательное значение – поле подсвечивается красным с пояснением «Значение должно быть больше нуля». Если молярная масса больше 10 000 г/моль – появляется предупреждение «Проверьте значение: молярная масса большинства веществ ниже 2 000 г/моль».

Под результатами – краткая запись формулы с подставленными значениями: например, «n = 49 г / 98 г/моль = 0,5 моль».

Типичные ошибки при расчётах

Путать молярную массу и атомную. Молярная масса водорода H₂ равна 2 г/моль, а не 1. Водород существует в виде двухатомных молекул.

Забывать про нормальные условия. Молярный объём 22,4 л/моль действует только при 0°С и давлении 101,325 кПа. При комнатной температуре (25°С) он уже 24,5 л/моль.

Смешивать число атомов и молекул. В 1 моль H₂O содержится 6,022 × 10²³ молекул, но атомов водорода – вдвое больше: 1,204 × 10²⁴.

Не переводить граммы в нужные единицы. Формула n = m/M работает, когда масса в граммах, а молярная масса в г/моль. Если масса дана в килограммах – сначала переведите.

Где применяется количество вещества

Количество вещества – не абстракция. Оно используется в каждом практическом расчёте по химии:

• Стехиометрия – расчёт масс реагентов и продуктов по уравнению реакции
• Растворы – приготовление раствора заданной молярной концентрации
• Газовые законы – расчёт давления, объёма, температуры через уравнение pV = nRT
• Электрохимия – закон Фарадея связывает количество вещества с зарядом при электролизе
• Термохимия – тепловой эффект реакции рассчитывают на моль вещества

Без понимания этой величины невозможно решить ни одну количественную задачу по химии.

Информация носит образовательный характер и основана на стандартах IUPAC и системе СИ.

Часто задаваемые вопросы