物質量とアボガドロ定数
カメレオン先生molは粒を数える単位。個数も質量も気体の体積も、molを通してつながるよ。
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- 粒子6.0×10²³個の集まりを1molといい、この6.0×10²³/molという値をアボガドロ定数という。物質量はmolを単位にした粒子の量。
- モル質量は1molあたりの質量(g/mol)で、数値は原子量・分子量・式量(新しいタブで開きます)と同じ。質量をモル質量で割れば物質量が求まる。
- 0℃・1.013×10⁵Paでは、どんな気体も1molで22.4L(モル体積)を占める。気体の体積を22.4で割れば物質量が求まる。
詳しく
物質量・モル質量・モル体積の関係
原子や分子(新しいタブで開きます)は小さすぎて1個ずつ数えられないので、12個を1ダースとまとめるのと同じように、6.0×10²³個の粒子をまとめて1molと数える。この6.0×10²³/molという値をアボガドロ定数といい、molを単位にして粒子の量を表した値を物質量という。
物質1molあたりの質量をモル質量(g/mol)といい、数値は原子量・分子量・式量と同じだ。質量をモル質量で割れば物質量(mol)が求まる。
気体では、0℃・1.013×10⁵Pa(標準状態)で、気体の種類に関係なくどんな気体でも1molが22.4L(モル体積)を占める。気体の体積を22.4で割れば物質量(mol)が求まる。
例:質量・個数・気体の体積をmolでつなぐ
水0.50molの中に含まれる水分子の数は、0.50×6.0×10²³=3.0×10²³個。物質量に6.0×10²³/molをかけると、粒子の数が求まる。
二酸化炭素(新しいタブで開きます)CO₂(モル質量44g/mol)11gの物質量は、11÷44=0.25mol。質量をモル質量で割れば物質量になる。
酸素O₂ 2.0molを標準状態(0℃・1.013×10⁵Pa)に置いたときの体積は、2.0×22.4=44.8L。物質量に22.4L/molをかけると、気体の体積が求まる。
なぜmolで数えるのか
原子や分子の数は、ごく少量の物質でも6.0×10²³個という桁外れの数になる。鉛筆を『本』、紙を『枚』で数えるのと同じように、粒子をmolというまとまりで数えると、実験で扱う質量や体積と結びつけやすい。
気体のモル体積が気体の種類に関係なく22.4Lになるのは、気体では分子どうしの間がとても広く空いていて、気体全体の体積のほとんどが分子の大きさではなく分子どうしの間の空間で決まるためだ。同じ温度・同じ圧力なら、分子の種類に関係なく同じ数の分子が同じ体積を占める。
一方、モル質量は物質の種類ごとに違う。1molあたりの粒子の数(アボガドロ定数)は共通でも、粒子1個の質量が物質ごとに違うので、1molの質量も物質ごとに変わる。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/amount-of-substance-and-avogadro-constant/?from=print#quiz
水H₂O(モル質量18g/mol)18gの物質量は何molか。
答え:____________
正解:1.0
物質量=質量÷モル質量。18÷18=1.0mol。二酸化炭素CO₂ 0.20molの中に含まれるCO₂分子の数を求めよ。アボガドロ定数は6.0×10²³/molとする。
答え:____________
正解:1.2×10²³
分子(新しいタブで開きます)の数=物質量×アボガドロ定数。0.20×6.0×10²³=1.2×10²³個。標準状態(0℃・1.013×10⁵Pa)で5.6Lを占める気体の物質量は何molか。
答え:____________
正解:0.25
物質量=気体の体積÷22.4。5.6÷22.4=0.25mol。酸素O₂ 0.20molを標準状態(0℃・1.013×10⁵Pa)に置いたときの体積は何Lか。
答え:____________
正解:4.48
気体の体積=物質量×22.4。0.20×22.4=4.48L。
単元のポイント
- アボガドロ定数 1molあたりの粒子数を表す、6.0×10²³/molという決まった値
- 物質量 molを単位にして粒子の量を表したもの。物質量=粒子の数÷アボガドロ定数
- モル質量 物質1molあたりの質量(g/mol)。数値は原子量・分子量・式量と同じ
- 気体のモル体積 0℃・1.013×10⁵Paで気体1molが占める体積。気体の種類に関係なく22.4L