Теория:
Представь, что тебе нужно посчитать количество песчинок на пляже или взвесить одну пылинку. Это почти невозможно, потому что они слишком маленькие и их очень много. С молекулами точно такая же история: они настолько малы, что работать с их реальными размерами и массой в килограммах — всё равно что измерять толщину волоса в километрах. Получаются неудобные числа с кучей нулей. Чтобы этого избежать, учёные придумали специальные «обходные пути» — относительные величины.
Зачем нужны относительные величины?
1. Слишком мелко для обычных цифр. Масса одной молекулы — это невообразимо малая величина. Например, одна молекула воды весит всего \(0,00000000000000000000003\) г. Писать и считать такие числа в уме или на бумаге очень трудно. Поэтому физики решили не измерять их в граммах, а просто сравнивать с какой-то удобной меркой.
2. Удобная система сравнения. Учёные договорились использовать в качестве такой мерки одну двенадцатую часть атома углерода. Это как если бы мы вместо сантиметров измеряли длину в «ступнях» или «локтях», чтобы было понятнее. Массу любой молекулы теперь можно просто охарактеризовать: она тяжелее нашей мерки в \(18\) раз (для воды) или в \(44\) раза (для углекислого газа). Так появилась относительная молекулярная масса — простое и красивое число.
3. Нужен мостик между миром молекул и нашим миром. Хорошо, молекулы мы сравнили. Но как от этих сравнений перейти к реальному куску льда или стакану воды, который можно поставить на весы? Для этого придумали специальную единицу количества вещества — моль. Моль — это как «сотня» или «дюжина», только для молекул. В одной «молекулярной дюжине» (моле) всегда одинаковое количество молекул, неважно, что это за вещество — вода, газ или металл.
4. Везде одно и то же число. Это одинаковое число назвали числом Авогадро в честь учёного, который его открыл. Оно огромное (примерно \(6⋅10^{23}\)), но очень удобное. Теперь мы можем сказать: «Возьмём \(2\) моля воды», и это будет означать, что мы взяли вполне конкретное количество молекул, которое можно взвесить.
5. Легко пересчитать на массу. А раз мы знаем, сколько весит одна молекула и сколько молекул в одном моле, мы легко можем узнать, сколько весит весь моль целиком. Эта величина называется молярной массой. Теперь всё просто: хочешь узнать, сколько весят \(3\) моля вещества, — умножаешь молярную массу на \(3\). Это гораздо легче, чем пытаться умножать массу одной молекулы на \(10^{23}\).
Относительные величины в физике нужны для того же, для чего нам нужен калькулятор. Они превращают неудобные и бесконечно малые числа молекул в простые и понятные цифры, с которыми можно легко работать, взвешивая вещества на обычных весах в лаборатории или на кухне.