Номер 2, страница 61 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Почему порции различных веществ, содержащие одинаковое число структурных частиц, имеют разную массу?

Решение

Порции различных веществ, содержащие одинаковое число структурных частиц, имеют разную массу, потому что сами эти структурные частицы (атомы, молекулы или ионы) у разных веществ имеют разную индивидуальную массу.

Общая масса любой порции вещества — это произведение числа частиц в этой порции на массу одной частицы. Если количество частиц в двух разных порциях одинаково, но масса каждой частицы в первой порции отличается от массы каждой частицы во второй, то и общие массы порций будут разными.

Ключевым фактором является различие в массе самих «строительных блоков» вещества:

1. Масса атомов. Атомы различных химических элементов состоят из разного числа протонов и нейтронов в ядре, которые и определяют основную массу атома. Например, атом гелия ($He$), состоящий из 2 протонов и 2 нейтронов, значительно легче атома железа ($Fe$), у которого 26 протонов и 30 нейтронов (в самом распространенном изотопе). Поэтому, если взять по $1000$ атомов гелия и $1000$ атомов железа, вторая порция будет намного тяжелее первой.

2. Масса молекул. Молекулы состоят из атомов. Масса молекулы равна сумме масс входящих в нее атомов. Так как разные вещества состоят из разных молекул (например, вода $H_2O$ и метан $CH_4$), которые имеют разный атомный состав, то и массы их молекул будут различными. Масса молекулы воды ($H_2O$) составляет примерно 18 атомных единиц массы (а.е.м.), а масса молекулы углекислого газа ($CO_2$) — примерно 44 а.е.м. Следовательно, порция, содержащая миллион молекул $CO_2$, будет более чем в два раза массивнее порции, содержащей миллион молекул $H_2O$.

В химии для количественных расчетов используется понятие моль. 1 моль любого вещества содержит одинаковое число структурных частиц, равное числу Авогадро ($N_A \approx 6.022 \cdot 10^{23}$ моль$^{-1}$). Масса одного моля вещества называется его молярной массой ($\text{M}$), измеряемой в граммах на моль (г/моль).

Масса ($\text{m}$) порции вещества связана с количеством вещества ($\text{n}$, в молях) и молярной массой ($\text{M}$) формулой:

$m = n \cdot M$

Из этой формулы видно, что если взять одинаковое количество вещества в молях для разных соединений (то есть, одинаковое число частиц, $n_1 = n_2$), то их массы ($m_1$ и $m_2$) будут относиться так же, как их молярные массы ($M_1$ и $M_2$). А поскольку у разных веществ молярные массы разные, то и массы этих порций будут различаться.

Пример:

Сравним массы 1 моль водорода ($H_2$) и 1 моль кислорода ($O_2$). В каждой порции содержится $~6.022 \cdot 10^{23}$ молекул.

Молярная масса водорода $M(H_2) \approx 2$ г/моль. Масса 1 моль водорода $m(H_2) = 1 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 2$ г.

Молярная масса кислорода $M(O_2) \approx 32$ г/моль. Масса 1 моль кислорода $m(O_2) = 1 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} = 32$ г.

Таким образом, порция кислорода, содержащая то же число молекул, что и порция водорода, в 16 раз тяжелее.

Ответ:

Порции различных веществ с одинаковым числом структурных частиц имеют разную массу, так как сами эти частицы (атомы и молекулы) у разных веществ не одинаковы по своей массе. Масса определяется составом частиц: для атомов — числом протонов и нейтронов, для молекул — набором и количеством составляющих их атомов. Поэтому равное число разных по массе «кирпичиков» в сумме даёт разную общую массу.