Моль — единица количества вещества. Один моль содержит ровно 6,02214076 × 10²³ указанных частиц: атомов, молекул, ионов, электронов или других сущностей. Это число задаёт постоянная Авогадро.
Химикам моль нужен как мост между невидимым числом частиц и измеримой массой. Весы не умеют пересчитывать молекулы по одной, зато позволяют отмерить массу, соответствующую нужному количеству вещества.
Почему просто «очень много частиц» недостаточно
Фраза «моль воды» имеет смысл, потому что уточнена сущность — молекула H₂O. «Моль кислорода» без контекста двусмысленен: можно иметь в виду атомы O или молекулы O₂, и масса получится разной. Современное определение СИ требует называть элементарные сущности точно.
Число 6,02214076 × 10²³ с 2019 года является точным, а не измеренным приближением с погрешностью. Один моль по определению содержит именно столько сущностей. У постоянной Авогадро есть размерность моль⁻¹: она показывает число сущностей на моль.
Моль не равен массе
Одинаковое число разных частиц весит по-разному. Моль атомов углерода и моль молекул воды содержат одинаковое количество сущностей, но их массы различаются. Для перехода к граммам используют молярную массу — массу одного моля конкретного вещества.
Количество вещества n равно массе образца m, делённой на молярную массу M: n = m / M.
Приблизительная молярная масса воды H₂O равна 18,015 г/моль. Значит, 18,015 г чистой воды содержат один моль молекул, а 9,0075 г — около половины моля. Число молекул во втором образце будет примерно 3,011 × 10²³.
Как решать расчёт без потери единиц
Предположим, есть 5,85 г поваренной соли NaCl. Её молярная масса около 58,44 г/моль. Деление 5,85 г на 58,44 г/моль даёт приблизительно 0,100 моль. Умножив результат на постоянную Авогадро, получаем около 6,02 × 10²² формульных единиц NaCl.
Именно формульных единиц, а не отдельных «молекул соли»: твёрдый хлорид натрия образует ионную решётку. Если нужно число ионов, в каждой формульной единице один Na⁺ и один Cl⁻, поэтому суммарное число ионов вдвое больше.
Чем моль отличается от концентрации
Моль описывает количество вещества в образце. Молярная масса связывает это количество с массой. Концентрация сообщает, сколько вещества приходится на объём раствора или другую выбранную величину. Например, 0,1 моль соли в одном литре и те же 0,1 моль в десяти литрах — одинаковое количество соли, но разные концентрации.
Путаница исчезает, если на каждом шаге писать единицы. Граммы сокращаются с граммами в молярной массе, остаются моли; моли сокращаются при умножении на число сущностей на моль, остаётся число частиц.
Что на самом деле делает постоянная Авогадро
Она не утверждает, что в любом образце обязательно 6,02214076 × 10²³ частиц. Такое число есть только в одном моле. В двух молях частиц вдвое больше, в тысячной доле моля — в тысячу раз меньше.
Читайте также: Как молекулярная инженерия меняет свойства материалов
Постоянная превращает счёт микроскопических объектов в обычное измерение. Благодаря ей уравнение реакции можно читать одновременно как соотношение отдельных молекул и как рецепт из количеств вещества, которые реально отмерить в лаборатории. В этом и состоит практический смысл единицы.