ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ: МЕЖДУНАРОДНАЯ (СИ) И ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ
В научно-технической литературе по технологии производства спирта употребляют единицы как международной (СИ), так и технической системы измерений:
Длины: 1 метр (м); сантиметр (см), дециметр (дм); 1 см = 0,01 м; 1 м = 10 дм = 100 см; миллиметр (мм); 1 мм = 0,1 см; микрон (мкм); 1 мкм = 0,001 мм;
Объема: метр кубический (м3); дециметр кубический (дм3); литр (л); 1 л = 1 дм3 = 0,001 м3; 1 м3 = 1000 л; миллилитр (мл); 1 мл = 1 см3 = 0,001 л = 0,000001 м3. Специфической для спиртовой промышленности является единица объема "дал", 1 дал = 10 л;
Времени: секунда (сек); минута (мин); 1 мин = 60 сек; час; 1 час = 60 мин = 3600 сек;
Температуры: градус. В большинстве евроазиатских стран температуру измеряют в градусах Цельсия (t°C). В системе (СИ) температуру измеряют в градусах Кельвина (Т). При этом Т = = 273 + t°C;
Массы (веса): килоірамм (кг); грамм (г); 1 г = 0,001 кг; 1 кг = = 1000 г; тонна (т), 1 т = 1000 кг; миллиграмм (мг); 1 мг = 0,001 г; 1 г = 1000 мг.
Количество вещества. В международной системе единиц (СИ) масса и количество вещества не совпадают.
Единицей количества вещества является моль. Введение этой величины обусловлено следующим. В химических реакциях происходит взаимодействие между отдельными атомами и молекулами, входящими в состав того или иного вещества. Для удобства записи атомы или молекулы обозначают условными символами, называемыми формулами, например, вместо слов "одна молекула воды" или "одна молекула водорода" записывают, соответственно Н20 и Н2 Взаимодействие между молекулами вещества описывают с помощью уравнений химических реакций. Например, уравнение химической реакции
2Na + 2Н20 = 2NaOH + Н2 означает, что при взаимодействии между двумя атомами иатрия (Na) и двумя молекулами воды образуются две молекулы гидроксида натрия (NaOH) и одна молекула водорода. На практике мы всегда имеем дело не с отдельными атомами или молекулами, а с порциями веществ, в состав которых входит огромное число этих частиц. Поэтому химики для обозначения количеств участвующих в реакциях различных веществ выбрали единицу измерения, большую, чем один атом или одна молекула, и обозначили ее термином "моль". "Моль — это количество вещества, содержащее столько же формульных единиц этого вещества, сколько имеется атомов в 12 г (точно) изотопа углерода — 12. Формульная единица вещества (иначе— структурный элемент, элементарный объект) — это химическая частица (атом, молекула...), а также совокупность химических частиц, передаваемая ее химической формулой, например: Na, Н2О... Число формульных единиц, содержащееся в одном моле любого вещества, называется числом Авогадро" [41] и это число приблизительно равно 6,02 х 10 .В силу сказанного, "запись формульных единиц в уравнениях реакций означает не только то, что реагируют между собой отдельные частицы вещества, но и их макропорции, в каждой из которых содержится огромное число химических частиц" [41]. Поэтому вышеприведенное уравнение реакции показывает не только то, что между собой реагируют два атома Na и две молекулы воды, а образуются две молекулы NaOH и одна молекула Н2, но и то, что между собой реагируют
2 моль Na, или 2 х (6,02 х 10 J атомов Na и 2 моль Н20, или 2 х (6,02 х Ю23) молекул Н20 и при этом образуется 2 моль NaOH или 2 х (6,02 х 10 ) молекул NaOH и 1 моль Н2 или 6,02 х 10 молекул Н2.
"Таким образом, с введением понятия о количестве вещества значительно упрощаются химические расчеты по формулам и уравнениям (числовое значение количества вещества значительно удобнее, чем число реагирующих формульных единиц)" [41].
Из ранее сказанного следует, что поскольку в 12 г (0,012 кг) углерода содержится 6,02 х 1023 атомов 12С, то масса одного атома i2c будет равна 0,012 кг/(6,02 х 1023) = 1,976 х 10"26 кг. Одна двенадцатая часть массы атома 1 2С получила название атомной единицы массы (а. е.м.) или углеродной единицы Гу. е.), то есть Іа. е.м. = 1 у. е = 1,9761 х (1/12) х 10"26 кг = 1,66 х кг. Массу атомов можно
Выражать как в единицах массы, то есть (г) или (кг), что неудобно, так и в безразмерных единицах — соответственно (а. е.м.) или (у. е.).
Масса атома, выраженная в (а. е.м.) или (у. е), называется относительной атомной массой химического элемента (обозначается Аг). Относительные атомные массы элементов приведены в Периодической системе элементов Д. И.Менделеева, из которой видно, что относительная атомная масса равна, например, водорода — 1,0 07 9; кислорода — 15,999 и т. п. Масса любого атома Ма = Аг х 1,66 х кг.
Относительная молекулярная масса вещества (химического соединения) (обозначается Mr) — это также безразмерная величина, которая выражает массу молекулы в (а. е.м.) или (у. е). Она представляет собой арифметическую сумму относительных атомных масс отдельных эле - лементов, образующих молекулу. Например, для молекулы серной кислоты (H2SO4)
MH2S04 = 2АН + As + 4А = 2x1,0079 + 32,064 + 4 х 15,999 = 98,08.
Введение такого понятия, как количество вещества и единицы его измерения, — моль удобно для описания химических реакций с помощью формул и уравнений. Но эти формулы ничего не говорят о массе (или объеме) реагирующих веществ, а именно эти величины удобнее всего измерять в практической деятельности. Чтобы соотнести между собой количество вещества и его массу, введено понятие о молярной массе (обозначение М), связывающей массу вещества (ш в г или кг) с количеством вещества (в молях). Молярная масса вещества есть отношение массы (ш) некоторой порции этого вещества к количеству вещества (п) в этой порции М = ш/п.
Единицей молярной массы в СИ является килограмм на моль (кг/моль), в химической практике чаще всего используется дольная единица — грамм на моль (г/моль). Числовое значение молярной массы,
Выраженной в г/моль, для одноатомного простого вещества равно относительной атомной массе данного элемента, а для любого соединения — его относительной молекулярной массе. Исходя из сказанного и "Периодической системы", можно записать, например: Атомный водород (Н) Аг = 1,0079; Мн = 1,0079 г/моль. Молекулярный водород Mr = 2 х 1,0079 = 2,016; МН2 = 2,016 г/моль Серная кислота (H2SO4) Mr = 98,08; Mh2so4 = 98,08 г/моль Гидроксид натрия (NaOH) Mr = 39,99; MNaOH = 39,99г/моль.
Поэтому, например, в реакции нейтрализации гидроксида натрия серной кислотой участвуют следующие количества и массы вещества или им кратные;
2NaOH' + H2S04 = Na2S04 + 2Н20.
2 моля 1 моль 1 моль 2 моля
Или или или или
2 моля х 1 моль х 1 моль х 2 моля х
Х 39,99 г/моль =х 98,08 г/маль =х142,04г/моль = х18,00г/моль =
= 79,98 г = 98,08 г = 142,04 г =36,00 г
Другими словами, для того, чтобы реакция нейтрализации прошла полностью, на 2 моля (79,98 г) NaOH необходимо расходовать 1 моль (98,08 г) серной кислоты. Понятно, что если нейтрализации подвергается, например, 0,1 моля (3,999 г) NaOH, то на это необходимо расходовать 0,05 моля (4,904 г) H2SO4.
