Выражение плотности вещества через массу молекулы и число молекул в единице объема

Так как все вещества состоят из молекул, то масса всякого тела складывается из масс его молекул подобно тому, например, как масса пакета с горохом складывается из масс всех горошин, находящихся в пакете. Массу гороха определить нетрудно — пакет с горохом надо взвесить. Но если бы все горошины были одинаковы, то массу гороха можно было бы определить, умножив массу одной горошины на число горошин в пакете.

Молекулы чистого вещества одинаковы, и поэтому, например, масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды на число молекул в капле.

Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м3 этого вещества. Плотность газа кислорода, например, 1,43 кг/м3. Это число можно получить, умножив массу одной молекулы кислорода на число молекул, содержащихся в 1 м3 его объема.

Плотность вещества равна произведению массы одной молекулы этого вещества на число молекул в единице объема.

Конечно, практически плотность вещества подсчитывают не так, а более простым способом — по массе тела и его объему. Но зато, зная плотность вещества и массу одной молекулы, можно определить число молекул в 1 м3 вещества, которое другим путем подсчитать нельзя. Чтобы найти число молекул в 1 м3, нужно плотность вещества разделить на массу одной его молекулы, массу же молекулы определяют опытным путем.

Таким способом, например, вычислено, что в 1м3 чистой воды содержится 3,34*10²⁸ молекул, а в 1 м3 кислорода—2,7*10²⁵. Эти числа так огромны, что, конечно, пересчитать молекулы непосредственно невозможно. Даже если выпускать из 1 м3 кислорода по 1 миллиону молекул каждую секунду, то и на это понадобилось бы 900 миллиардов лет.

В таблицах 2—4 указаны плотности некоторых твердых тел, жидкостей и газов. Рассмотрите эти таблицы и обратите внимание на большое отличие плотностей газов от плотностей твердых тел и жидкостей.

Плотность газа кислорода равна 1,43 кг/м3. Из этого газа путем сильного охлаждения и сжатия получают жидкий кислород, который имеет плотность 1140 кг/м3 . И газообразный и жидкий кислород состоит из одинаковых молекул — молекул кислорода. Почему же так сильно — почти в 1000 раз — отличаются Их плотности? Вспомним, что в газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, чем в жидкостях. Поэтому число молекул в 1 м3 газа меньше, чем в 1 м3 жидкости.

Вопросы. 1. Как выражается плотность вещества через массу молекулы и число молекул в 1 м3? 2. Почему плотности газов меньше плотностей жидкостей и твердых тел? 3. Что необходимо знать для определения числа молекул в 1 м3 вещества?

Упражнения. 1. Плотность воды при 100°С равна 950 кг/м3, а наибольшая плотность водяного пара при той же температуре 0,590 кг/м3. Как объяснить различие плотностей воды и водяного пара? 2. Плотность газообразного водорода 0,09 кг/м3, а твердого водорода 80 кг/м3. Укажите причину этого различия. 3. Почему сжатый газ имеет большую плотность, чем несжатый? 4. Проверить действительно ли в 1 м3 воды содержится 3,34*10²⁸ молекул. Масса одной молекулы воды равна 2,99/10²⁶ кг.