Количество вещества — это фундаментальная физико-химическая величина, характеризующая число структурных единиц (атомов, молекул, ионов, радикалов, электронов или других частиц), содержащихся в данном образце вещества. Оно обозначается символом n и измеряется в молях (моль, моль).
Один моль соответствует такому количеству вещества, в котором содержится столько же структурных единиц, сколько атомов находится в 12 г изотопа углерода-12. Численно это значение выражается через число Авогадро:
NA = 6, 022 × 1023 моль−1
Таким образом, 1 моль любого вещества содержит одинаковое число частиц, но масса этих частиц различна и зависит от природы вещества.
Молярная масса — это физическая величина, равная массе одного моля вещества. Обозначается символом M и выражается в единицах г/моль или кг/моль. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе вещества, выраженной в граммах на моль:
$$ M = \frac{m}{n} $$
где m — масса вещества, n — количество вещества.
Если известно количество атомов в молекуле и атомные массы элементов, можно определить молярную массу. Например:
M(H2O) = 2 ⋅ M(H) + 1 ⋅ M(O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 г/моль
M(CO2) = 1 ⋅ 12 + 2 ⋅ 16 = 44 г/моль
Ключевое уравнение, связывающее эти величины:
$$ n = \frac{m}{M} $$
где:
Если требуется найти число частиц N (атомов, молекул, ионов), используется выражение:
N = n ⋅ NA
Таким образом, знание массы вещества и его молярной массы позволяет определить не только количество вещества, но и число микрочастиц, входящих в данный образец.
Для газообразных веществ количество вещества удобно связывать с объёмом. В нормальных условиях (температура 0 °C и давление 1 атм) один моль любого газа занимает одинаковый объём, называемый молярным объёмом. Его значение:
Vm = 22, 4 л/моль
Соответственно, связь количества вещества и объёма газа выражается уравнением:
$$ n = \frac{V}{V_m} $$
где V — объём газа, V_m — молярный объём.
Введение понятия количества вещества позволило создать универсальный язык для описания химических реакций и законов. В химических уравнениях коэффициенты показывают не массы, а именно количество вещества, то есть соотношение молей реагирующих частиц. Это обеспечивает точное вычисление масс, объёмов и числа молекул при любых химических процессах.
Знание молярной массы используется в расчётах при определении выхода продуктов реакции, дозировке веществ в промышленности, фармацевтике, биохимии и аналитической химии. Количество вещества и молярная масса образуют основу стехиометрии — раздела химии, который устанавливает количественные соотношения в реакциях.