Итак, продолжая рассказы о своем опыте преподавания химии, могу сказать, что одним из наиболее сложных моментов для понимания школьниками наряду с разницей между простыми веществами и химическими элементами является понятие количества вещества и его единицы измерения - моль. Молодому ученику понятие моль часто кажется абсолютной абстракцией, которая, в отличие от килограмма или метра кубического, не имеет ничего общего с практикой. И часто даже если ученик в состоянии сказать, сколько грамм весит 1 моль такого-то вещества, он все равно не понимает смысл этой самой единицы измерения количества вещества. Сегодня я попробую чуть-чуть прояснить суть этого понятия, а если что-то будет непонятно, Вы спрашивайте в комментариях.
Итак, для чего было вообще введено понятие количества вещества? Дело в том, что вещества вступают в химические реакции в определенном соотношении молекул, а не, скажем, граммов. Так, например, в реакции
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
одна молекула серной кислоты (H2SO4) взаимодействует с двумя молекулами щелочи (NaOH). А ортофосфорная, например, кислота, взаимодействует с тремя молекулами щелочи и т.д. Таким образом, мы видим необходимость такой количественной величины, которая была бы напрямую связана с количеством молекул (или в более общем виде любых структурных единиц - атомов, ионов, радикалов и т.д.). Такой величиной стало количество вещества, а единицей измерения - моль. Естественно, возникает вопрос. А 1 моль - это сколько? Давайте для начала посмотрим, какой ответ на этот вопрос дает школьный учебник:
1 моль - это такое количество вещества, в котором содержится столько же молекул (атомов, ионов, радикалов), сколько их содержится в 12 граммах углерода. И приводится конкретное число молекул, содержащихся в 1 моле любого вещества - 6,02х1023. Думаю, пока из всего этого мало что понятно. Давайте разберем "по полочкам".
1 вывод. Какие бы вещества мы не взяли, в одном моль любого вещества содержится одинаковое количество молекул, несмотря на то, что сами эти молекулы у разных веществ разные и по составу, и по размеру, и по массе и т.д. Если мы возьмем этих веществ по 2 моль, то количества молекул в них будет также одинаковым, но вдвое большим, чем в 1 моль. Здесь, надеюсь, все понятно.
2 вывод. С ним обычно сложнее, и здесь мы вынуждены будем ввести такую непедагогическую иллюстрацию, как пачка сигарет. Однако по порядку. Сколько именно молекул содержится в 1 моль вещества? Ответ мы, вроде бы, уже знаем, 6,02х1023 молекул. Однако это огромное число часто мешает осознанию того, что это - всего лишь коэффициент пропорциональности. Давайте для начала поступим проще. Представим, будто 1 моль - это не 6,02х1023, а, например, 5 молекул. Все стало намного проще, не правда ли? 1 моль = 5 молекул. Все просто и понятно. Значит, в двух моль содержится 10 молекул, а в 100 моль - 500 молекул. При этом сами молекулы у разных веществ могут быть относительно большими, маленькими, легкими, тяжелыми, состоять из атомов одного или нескольких элементов, но их количество, независимо от вида, в 1 моле одного вещества строго определенно и равно 5. Т.е. "5" здесь - коэффициент пропорциональности. И если нам нужно взять не 1 моль, а 15 моль, то количество молекул будет 5х15=75.
Однако теперь давайте вспомним, что 1 моль = 5 молекул - это неправда. Мы всего лишь допустили это для простоты понимания. Теперь вспомним, что на самом деле в 1 моле не 5, а 6,02х1023 молекул. Тогда в 2 моль будет содержаться 2х6,02х1023 молекул, а в 5 моль - 5х6,02х1023 молекул. Таким образом, если мы берем в 5 раз большее количество вещества, в нем будет содержаться в 5 раз больше молекул - вот и вся сущность понятия "количество вещества" и "моль"!
Объясняя подобные вещи, принято приводить иллюстрации. И вот здесь нам как раз и пригодится пачка сигарет (хотя в официальной педагогике такие примеры не приветствуются). Сигареты бывают разные - белые и коричневые, с фильтром и без, классической длины и King Size, обычной толщины и Slim. Однако в пачке, как правило, всегда 20 сигарет. Так и с молекулами и понятием моль. Молекулы могут быть каким угодно разными, но в одном моль всегда 6,02х1023 молекул. Если мы возьмем блок (10 пачек) любых сигарет - в нем будет 10х20=200 сигарет. Если мы возьмем 10 моль любого вещества, в нем будет 10х6,02х1023=6,02х1024 молекул. К сожалению, более "педагогичную", и при этом настолько же удачную во всех отношениях иллюстрацию понятиям "молекула" и "моль", мне придумать пока не удалось.
1 моль - это такое количество вещества, в котором содержится столько же молекул (атомов, ионов, радикалов), сколько их содержится в 12 граммах углерода. И приводится конкретное число молекул, содержащихся в 1 моле любого вещества - 6,02х1023. Думаю, пока из всего этого мало что понятно. Давайте разберем "по полочкам".
1 вывод. Какие бы вещества мы не взяли, в одном моль любого вещества содержится одинаковое количество молекул, несмотря на то, что сами эти молекулы у разных веществ разные и по составу, и по размеру, и по массе и т.д. Если мы возьмем этих веществ по 2 моль, то количества молекул в них будет также одинаковым, но вдвое большим, чем в 1 моль. Здесь, надеюсь, все понятно.
2 вывод. С ним обычно сложнее, и здесь мы вынуждены будем ввести такую непедагогическую иллюстрацию, как пачка сигарет. Однако по порядку. Сколько именно молекул содержится в 1 моль вещества? Ответ мы, вроде бы, уже знаем, 6,02х1023 молекул. Однако это огромное число часто мешает осознанию того, что это - всего лишь коэффициент пропорциональности. Давайте для начала поступим проще. Представим, будто 1 моль - это не 6,02х1023, а, например, 5 молекул. Все стало намного проще, не правда ли? 1 моль = 5 молекул. Все просто и понятно. Значит, в двух моль содержится 10 молекул, а в 100 моль - 500 молекул. При этом сами молекулы у разных веществ могут быть относительно большими, маленькими, легкими, тяжелыми, состоять из атомов одного или нескольких элементов, но их количество, независимо от вида, в 1 моле одного вещества строго определенно и равно 5. Т.е. "5" здесь - коэффициент пропорциональности. И если нам нужно взять не 1 моль, а 15 моль, то количество молекул будет 5х15=75.
Однако теперь давайте вспомним, что 1 моль = 5 молекул - это неправда. Мы всего лишь допустили это для простоты понимания. Теперь вспомним, что на самом деле в 1 моле не 5, а 6,02х1023 молекул. Тогда в 2 моль будет содержаться 2х6,02х1023 молекул, а в 5 моль - 5х6,02х1023 молекул. Таким образом, если мы берем в 5 раз большее количество вещества, в нем будет содержаться в 5 раз больше молекул - вот и вся сущность понятия "количество вещества" и "моль"!
Объясняя подобные вещи, принято приводить иллюстрации. И вот здесь нам как раз и пригодится пачка сигарет (хотя в официальной педагогике такие примеры не приветствуются). Сигареты бывают разные - белые и коричневые, с фильтром и без, классической длины и King Size, обычной толщины и Slim. Однако в пачке, как правило, всегда 20 сигарет. Так и с молекулами и понятием моль. Молекулы могут быть каким угодно разными, но в одном моль всегда 6,02х1023 молекул. Если мы возьмем блок (10 пачек) любых сигарет - в нем будет 10х20=200 сигарет. Если мы возьмем 10 моль любого вещества, в нем будет 10х6,02х1023=6,02х1024 молекул. К сожалению, более "педагогичную", и при этом настолько же удачную во всех отношениях иллюстрацию понятиям "молекула" и "моль", мне придумать пока не удалось.
Предыдущие выпуски:
1. Чим Оксиген відрізняється від кисню, или восполняем пробелы базового образования;
2. Все ли мы знаем о матрице?
3. Как определяют содержание золота в радиодеталях?
4. Что такое стандартные образцы?
5. Что такое хроматография, или как определяют красители?
6. Режем ножом металл. Это не реклама ножа - это химия!
7. Кристаллогидраты - что за зверь?
8. Как распознать фальшивое лекарство?
9. ТВ-сюжеты с сотрудниками нашей лаборатории на разные темы.
