Основной характеристикой атомов и молекул служит относительная атомная масса элемента (сокращенно – атомная масса) и относительная молекулярная масса вещества (сокращенно – молекулярная масса). За единицу атомной массы выбрана часть массы атома углерода.

Атомной массой А_r химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к массы атома углерода.

Молекулярной массой M_r вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к массы атома углерода. Ясно, что атомная и молекулярная масса – величины безразмерные.

Как только что было определено, единица массы, равная массы атома углерода, называется атомной единицей массы. Обозначим эту единицу, выраженную в килограммах, через m_ед. Тогда масса атома, выраженная в килограммах, будет равна А_rm_ед, а масса молекулы – M_rm_ед.

Количество вещества, в котором содержится число молекул, равное числу атомов в 0,012 кг углерода С, называется молем.

Число молекул, содержащихся в одном моле, называется числом Авогадро. Экспериментально определено, что число Авогадро

Лоренцо Романо Амедео Карло АВОГАДРО (1776-1856)
Итальянский физик и химик. Родился в Турине в дворянской семье, получил ученую степень доктора церковного права. В 1800 г. начал самостоятельно заниматься математикой и физикой, а спустя шесть лет получил должность профессора в колледже города Верчелли. Затем стал профессором кафедры математической физики Туринского университета. Авогадро был чрезвычайно скромным человеком, работал в одиночестве, и большую часть его жизни достижения Авогадро были неизвестны в научном мире.

Таким образом, в моле любого вещества содержится число Авогадро молекул. Массу моля, выраженную в килограммах, называют молярной массой и обозначают греческой буквой μ. Масса моля равна произведению N_A на массу одной молекулы:

В случае углерода

, а масса атома равна 12m_ед. Подставляя эти значения в написанное выше соотношение, получим:

Отсюда

Таким образом, масса любого атома равна

а любой молекулы –

Произведение

.
Подставляя это в формулу

получим:

или

Следовательно, масса моля, выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе. Следует отметить, что М_r – величина безразмерная, а μ имеет размерность в

или в

Если вещество состоит из молекул, образованных из атомов различных химических элементов, то молекулярная масса данного вещества равна сумме атомных масс элементов, входящих в состав данного вещества. Так молекулярная масса воды Н₂О, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, будет равна

Значение числа Авогадро дает представление о масштабах микромира, позволяет подсчитать размеры молекул и их абсолютные массы.

Возьмем 1 см³ Н₂О. Его масса 1 г. Один моль воды содержит 18 г. Таким образом, 1 см³ воды содержит моля. Следовательно, 1 см³ содержит молекул воды.

Таким образом, в жидкой воде на долю одной молекулы приходится объем

Считая, что в жидкости молекулы расположены плотно друг к другу, получаем, что линейные размеры молекул воды представляют собой величину порядка

Линейные размеры других атомов и молекул представляют собою величины порядка 10^-8 см, или, что то же самое, 10^-10 м. Массу m одной молекулы любого вещества можно найти из соотношения

Масса самой легкой молекулы – молекулы водорода Н₂ – равна

Это очень маленькая величина, однако, масса электрона в тысячи раз меньше.

Чтобы нагляднее представить себе размеры атомов молекул и их количество в определенном объеме вещества, вот два интересных примера:

1) наименьшие размеры частиц, доступные рассмотрению в оптический микроскоп, содержат примерно 10 миллиардов атомов;

2) если все атомы, находящиеся в 1 см³ меди, расположить в одну линию плотно друг к другу, то длина такой цепочки будет примерно 14 миллиардов километров. Это примерно в 90 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.