Понятия «масса» и «количество» вещества

«Масса вещества» (в пудах, граммах, фун­тах и т. п.) и «количество вещества» — поня­тия разные. Из основных единиц в Междуна­родной системе единиц (СИ) за единицу коли­чества вещества принят моль (mol); 1 моль — количество вещества, содержащее столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов и др.), сколько атомов содержится в 12 грам­мах углерода ¹²С, а именно 6,022 • 10²³. Это число является постоянной Авогадро — названо в честь итальянского ученого Avogadro и обозначается N_A- Производными величинами (так называемыми мольными величинами) яв­ляются мольная масса (г/моль), мольный объем (л/моль) и др. В литературе часто встре­чается несколько иное написание этих вели­чин, а именно — молярная масса (г/моль), мо­лярный объем (л/моль) и др. Это проявление традиций и тенденций русского языка, а смысловых различий нет.

Мольная массаМ— отношение массы вещества к количеству вещества (кг/моль или г/моль). Зная массу молекулы, можно вычислить М. Значения М численно равны атомной или молекулярной массе вещества: для углерода Л/с = 12 г/моль, железа Л/_Ре = = 56 г/моль, кислорода а/оз = 32 г/моль и т.д. Если масса вещества т (г), а количество вещества п (моль), то М— т/п и т =М• п.

Запомнить:любое вещество в количестве 1 моль содержит 6,02 • 10²³ структурных еди­ниц (атомов, или молекул, или ионов). На­пример:

1 моль атомов ¹²С содержит 6,02 • 10²³ ато­мов ^|2С;

1 моль молекул воды содержит 6,02 • 10²³ мо­лекул Н₂О;

мольная масса углерода — 12 г/моль;

мольная масса воды — 18 г/моль и т. д.;

1000 молей = 1 кмоль.

Газы, используемые при прямом восста­новлении железа, предварительно подверга­ют конверсии. При конверсии метана СН₄ (например, в процессе Мидрекс) идет реак­ция СН₄ + СО₂ = 2СО + 2Н₂, в результате ко­торой из двух молей исходных материалов (СН₄ + СО₂) получено четыре моля (2СО + + 2Н₂) продуктов реакции, т. е. объем газа увеличился вдвое. Масса вещества не изменилась, а количество вещества возросло в 2 раза.

Металлургические реакции связаны обычно с использованием или с образовани­ем различных газов. Напомним, что при «нормальных условиях», т. е. при температу­ре О °С = 273 К, давлении 101 кПа (1 атм или 760 мм рт. ст.) 1 моль любого газа (Н₂, N₂, O₂, СО, СО₂ и т.д.) занимает объем 22,4л, так называемый мольный объем газа. Это значит, что при нормальных условиях объем 22,4л соответствует массе 2 г водорода (Н₂), 17 г метана (СН₄), 44 г диоксида углерода (СО₂) и т. д. (или соответственно 2 кг водорода, 17 кг метана, 44 кг диоксида углерода будут иметь объем по 22,4 м³). Если при проведении ка­ких-то расчетов (например, горения) получе­но, что в результате реакции С + О₂ = СО₂ образовалось 100 кг СО₂, то эта масса СО₂ со­ответствует 100 • 22,4/44 = 50,6 м³ газообраз­ного СО₂ (при нормальных условиях). Если температура газа не 0°С (273 К), а гораздо выше, то необходимо использовать уравне-

ние закона Гей-Люссака V,= V_u(\ + at). При температурах сталеварения объемы газов увеличиваются в 5-7 раз (по сравнению с расчетами при нормальных условиях). Для всех газов при нормальных условиях а = = 1/273,15; если температура газа возрастает до 1650 °С, то его объем К₁₆₅о-с⁼ *о(1 ⁺ + 1650/273,15) = 7, т.е. объем увеличился в 7 раз.