С чем совпадает относительная атомная масса. Относительная атомная масса химических элементов. Исторический ход подсчёта вещества
127. Зарисуйте схему внешнего строения рыбы. Подпишите её основные части.
128. Перечислите особенности строения рыбы, связанные с водным образом жизни.
1) Обтекаемая торпедообразная форма тела, сплющенная в боковом или в спинно-брюшном (у придонных рыб) направлениях. Череп неподвижно соединен с позвоночником, который имеет только два отдела - туловищный и хвостовой.
2) У костных рыб имеется специальный гидростатический орган - плавательный пузырь. В результате изменения его объема изменяется плавучесть рыбы.
У хрящевых рыб плавучесть тела достигается накоплением в печени, реже в других органах, запасов жира.
3) Кожа покрыта плакоидной или костной чешуей, богата железами, обильно выделяющими слизь, которая уменьшает трение тела о воду и выполняет защитную функцию.
4) Органы дыхания - жабры.
5) Двухкамерное сердце (с венозной кровью), состоящее из предсердия и желудочка; один круг кровообращения. Органы и ткани снабжаются артериальной кровью, богатой кислородом. Жизнедеятельность рыб зависит от температуры воды.
6) Туловищные почки.
7) Органы чувств рыб приспособлены к функционированию в водной среде. Плоская роговица и почти шаровидной формы хрусталик позволяют рыбам видеть только близко расположенные предметы. Обоняние хорошо развито, позволяет держаться в стае и обнаруживать пищу. Орган слуха и равновесия представлен только внутренним ухом. Орган боковой линии позволяет ориентироваться в потоках воды, воспринимать приближение или удаление хищника, добычи или партнера по стае, избегать столкновения с подводными предметами.
8) У большинства – наружное оплодотворение.
129. Заполните таблицу.
Системы органов рыб.
130. Рассмотрите рисунок. Напишите названия отделов скелета рыбы, обозначенных цифрами.
1) кости черепа
2) позвоночник
3) лучи хвостового плавника
4) ребра
5) лучи грудного плавника
6) жаберная крышка
131. На рисунке цветными карандашами раскрасьте органы пищеварительной системы рыбы и подпишите их названия.
132. Зарисуйте и подпишите части кровеносной системы рыбы. Каково значение кровеносной системы?
Кровеносная система рыб обеспечивает движение крови, которая доставляет к органам кислород и питательные вещества и удаляет из них продукты обмена веществ.
133. Изучите таблицу «Надкласс Рыбы. Строение окуня». Рассмотрите рисунок. Напишите названия внутренних органов рыбы, обозначенных цифрами.
1) почка
2) плавательный пузырь
3) мочевой пузырь
4) яичник
5) кишечник
6) желудок
7) печень
8) сердце
9) жабры.
134. Рассмотрите рисунок. Подпишите названия отделов головного мозга рыбы и частей нервной системы, обозначенных цифрами.
1) головной мозг
2) спинной мозг
3) нерв
4) передний мозг
5) средний мозг
6) мозжечок
7) продолговатый мозг
135. Объясните, чем отличается строение и расположение нервной системы рыб от нервной системы гидры и жука.
У рыб нервная система намного более развита, чем у гидры и жука. Есть спинной и головной могз, состоящий из отделов. Спинной мозг расположен в позвоночнике. У гидры нервная система диффузного характера, то есть состоит из разбросанных в верхнем слое тела клеток. У жука имеется брюшная нервная цепочка, с расширенным огологлоточным кольцом и надглоточным ганглием в головном конце тела, но мозг как таковой отсутствует.
136. Выполните лабораторную работу «Внешнее строение рыбы».
1. Рассмотрите особенности внешнего строения рыбы. Опишите форму её тела, окраску спины и брюшка.
Рыба имеет обтекаемую продолговатую форму тела. Цвет брюшка – серебристый, спина более темная.
2. Сделайте рисунок тела рыбы, подпишите его отделы.
См. вопрос №127.
3. Рассмотрите плавники. Как они расположены? Сколько их? Подпишите на рисунке названия плавников.
Плавники у рыбы парные: брюшные, анальные, грудные и непарные: хвостовой и спинной.
4. Рассмотрите голову рыбы. Какие органы чувств на ней расположены?
На голове у рыбы находятся глаза, вкусовые почки в ротовой полости и на поверхности коже, ноздри. В головном отделе имеются 2 отверстия внутреннего уха, на границе между головой и туловищем находятся жаберные крышки.
5. Под лупой рассмотрите чешую рыбы. Подсчитайте линии годового прироста и определите возраст рыбы.
Чешуя костная, полупрозрачная, покрыта слизью. Количество линий на чешуе соответствует возрасту рыбы.
6. Выпишите особенности внешнего строения рыбы, связанные с водным образом жизни.
см. вопрос №128
У представителей этого класса в строении головного мозга наблюдаются вариации, но, тем не менее, можно выделить общие характерные для них черты. Их головной мозг имеет относительно примитивное строение и в целом небольшие размеры.
Передний мозг, или конечный, у большинства рыб состоит из одного полушария (у некоторых акул, ведущих придонный образ жизни, их два) и одного желудочка. Крыша не содержит нервных элементов и образована эпителием и лишь у акуловых нервные клетки поднимаются от основания мозга на бока и отчасти на крышу. Дно мозга представлено двумя скоплениями нейронов - это полосатые тела (corpora striata).
Впереди от мозга располагаются две обонятельные доли (луковицы), связанные обонятельными нервами с органом обоняния, расположенным в ноздрях.
У низших позвоночных передний мозг представляет собой отдел нервной системы, обслуживающий только обонятельный анализатор. Он является высшим обонятельным центром.
Промежуточный мозг состоит из эпиталамуса, таламуса и гипоталамуса, которые характерны для всех позвоночных, хотя степень их выраженности варьирует. Особую роль в эволюции промежуточного мозга играет таламус, в котором выделяют вентральную и дорсальную части. В дальнейшем у позвоночных в ходе эволюции размеры вентральной части таламуса уменьшаются, а дорсальной увеличиваются. Для низших позвоночных характерно превалирование вентрального таламуса. Здесь расположены ядра, которые выполняют роль интегратора между средним мозгом и обонятельной системой переднего мозга, кроме того, у низших позвоночных таламус является одним из главных моторных центров.
Под вентральным таламусом располагается гипоталамус. Снизу он образует полый стебелек - воронку, которая переходит в нейрогипофиз, соединенный с аденогипофизом. Гипоталамус играет основную роль в гормональной регуляции организма.
Эпиталамус расположен в дорсальной части промежуточного мозга. Он не содержит нейронов и связан с эпифизом. Эпиталамус вместе с эпифизом составляет систему нейрогормональной регуляции суточной и сезонной активности животных.
Рис. 6. Головной мозг окуня (вид со спинной стороны).
1 – носовая капсула.
2 – обонятельные нервы.
3 – обонятельные доли.
4 – передний мозг.
5 – средний мозг.
6 – мозжечок.
7 – продолговатый мозг.
8 – спинной мозг.
9 – ромбовидная ямка.
Средний мозг у рыб относительно крупный. В нем различают дорсальную часть - крышу (текум), имеющую вид двухолмия, и вентральную часть, которая называется тегментом и является продолжением двигательных центров ствола мозга.
Средний мозг сложился как первичный зрительный и сейсмосенсорный центр. В нем сосредоточены зрительные и слуховые центры. Кроме того, он является высшим интегративным и координирующим центром головного мозга, приближаясь по своему значению к большим полушариям переднего мозга высших позвоночных. Такой тип мозга, где высшим интегративным центром является средний мозг, называется ихтиопсидным.
Мозжечок образуется из заднего мозгового пузыря и закладывается в виде складки. Его размеры и форма значительно варьируют. У большинства рыб он состоит из средней части - тела мозжечка и из боковых ушек – аурикул. Для костных рыб характерно переднее разрастание - заслонка. Последняя у некоторых видов принимает столь большие размеры, что может скрывать часть переднего мозга. У акул и костных рыб мозжечок имеет складчатую поверхность, за счет чего его площадь может достигать значительных размеров.
Посредством восходящих и нисходящих нервных волокон мозжечок соединяется со средним, продолговатым и спинным мозгом. Его основная функция - это регуляция координации движений, в связи с чем у рыб с высокой двигательной активностью он крупный и может составлять до 15 % от всей массы головного мозга.
Продолговатый мозг является продолжением спинного мозга и в целом повторяет его строение. Границей между продолговатым и спинным мозгом считают то место, где центральный канал спинного мозга на поперечном сечении принимает вид круга. При этом полость центрального канала расширяется, образуя желудочек. Боковые стенки последнего сильно разрастаются в стороны, а крышу образует эпителиальная пластинка, в которой располагается сосудистое сплетение с многочисленными складками, обращенными в полость желудочка. В боковых стенках находятся нервные волокна, обеспечивающие иннервацию висцерального аппарата, органов боковой линии и слуха. В дорсальных участках боковых стенок находятся ядра серого вещества, в которых происходит переключение нервных импульсов, поступающих по восходящим проводящим путям из спинного мозга в мозжечок, средний мозг и к нейронам полосатых тел переднего мозга. Помимо этого, здесь также происходит переключение нервных импульсов на нисходящие проводящие пути, связывающие головной мозг с мотонейронами спинного мозга.
Рефлекторная деятельность продолговатого мозга очень разнообразна. В нем находятся: дыхательный центр, центр регуляции сердечно-сосудистой деятельности, через ядра блуждающего нерва осуществляется регуляция органов пищеварения, и других органов.
От ствола мозга (средний, продолговатый мозг и варолиев мост) у рыб отходят 10 пар черепно-мозговых нервов.
Каждый атом обладает определенной массой, значение которой чрезвычайно мало (от 1·10 -24 до 1·10 -22 г.). Пользоваться такими значениями в химических расчетах очень неудобно, поэтому на практике вместо абсолютных масс атомов используются относительные атомные массы (называть эту величину просто, атомная масса — не верно) и обозначаются символом Ar. Относительные атомные массы являются некоторым соотношением между абсолютными массами различных атомов.
Относительная атомная масса элемента — это число, показывающее, во сколько раз масса одного атома данного элемента больше 1/12 части массы атома изотопа углерода-12 (12 С).
Например, округленные значения относительной атомной массы кислорода и фтора составляют 16,00 и 19,00. Отсюда следует, что значения абсолютной атомной массы для одного атома кислорода больше в 16 раз, а значение той же величины для одного атома фтора больше в 19 раз, чем значение 1/12 части абсолютной атомной массы атома 12 С, а массы атомов O и F относятся между собой как 16: 19.
Относительные атомные массы элементов указаны в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. В электронной таблице представленной ниже, вы можете получить данные об относительной атомной массе всех элементов Периодической системы.
Для большинства элементов в Периодической системе указаны среднеарифметические значения относительных атомных масс для природной смеси изотопов этих элементов (изотопно-смешанные элементы). Углерод также встречается в природе в виде двух изотопов 12 С (98,90%) и 13 С (1,10%); этой природной смеси отвечает значение относительной атомной массы 12,0000·0,9890 + 13,0034·0,0110 = 12,011 а.е.м. Природный фтор состоит только из одного изотопа — изотопно чистый элемент, его относительная атомная масса определена достаточно точно 18.9984032 а.е.м.
Ранее за точку отсчета относительных атомных масс принимался кислород (масса 1/16 части атома кислорода называлась кислородной единицей), причем в физике использовался чистый изотоп 16 O (относительная атомная масса 16,0000 а.е.м.), а в химии — природная смесь изотопов с тем же значением относительной атомной массы. Таким образом, в старой физической литературе относительные массы элементов соответствовали физической шкале с кислородной единицей, масса которой равна 1,65976·10 -24 г, а в старой химической литературе — химической шкале с кислородной единицей, масса которой 1,66022·10 -24 г. С целью унификации в 1959-1961 г. Международные союзы теоретической и прикладной физики и теориетической и прикладной химии утвердили новую шкалу, основанную на относительной атомной массе 12С для которого значение относительной атомной массы установлено равным 12,0000 (точно). По современной шкале атомной единицей массы (а.е.м.) является унифицированная углеродная единица, равная 1,660538782(83)·10 -27 кг (по данным 2006 г). Значения относительных атомных масс элементов определяют как частное от деления значения абсолютной атомной массы атома данного элемента к 1/12 части абсолютной массы атома изотопа 12 С.
Пример. Масса атома фтора 3,15481·10 -23 г, следовательно, относительная атомная масса фтора Ar(F) = 3,15481·10 -23 г / 1,660538782(83)·10 -24 г = 18,9984 а.е.м.
Атомная единица массы — фундаментальная физико-химическая постоянная, значение которой будет уточняться по мере развития техники измерения. Официально рекомендованными являются англоязычные термины atomic mass unit (a.m.u.) или unified atomic mass unit (u.a.m.u.).
Международный союз теоретической и прикладной химии — ИЮПАК (International Union of Pure and Applied Chemistry) — IUPAC, каждые два года публикует сводку уточненных значений Ar для всех химических элементов. В последние десятиления появились две тенденции: для изотопно-чистых элементов значения Ar определяются все более точно за счет повышения чувствительности измерительных приборов, а для изотопно-смешанных элементов точность определения Ar снижается из-за различия изотопного состава в пробах разного происхождения. Комиссия ИЮПАК по химическому образованию рекомендует использовать для учебных целей значения Ar, содержащие не менее четырех значащих цифр.
Значения относительной атомной массы известны и для каждого изотопа любого элемента (т.е. для каждого нуклида). Значения Ar для изотопа водорода 1 H (протий) и 2 H (дейтерий) равны 1,0078 и 2,0141, для изотопов 16 O, 17 O и 18 O — соответственно 15,9949; 16,9991 и 17,9992; для изотопа 27 Al = 26,9815. Целое число, которое указано в левом верхнем индексе у символа элемента (12 С), есть фактически округленное значение его относительной атомной массы. Оно называется массовым числом изотопа и равно сумме нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре атома этого изотопа.
Из вышесказанного следует, что масса (точнее масса покоя) одного нуклона в атомных единицах массы равна примерно единице; точные значения: mp = 1.007276 а.е.м. для протона, и mn = 1.008665 а.е.м. для нейтрона. Отсюда ясен выбор шкалы для относительных масс элементов; простейший атом водорода (один протон в ядре) должен иметь единичное значение Ar, приблизительно равное массе протона (точное значение 1,00794 а.е.м.).
Коэффициентом пропорциональности между единицей массы — граммом и единицей относительной атомной массы является число Авогадро равно N A = 6.02214082(11)·10 23 моль -1 .
Атомно-молекулярное учение определяет атом, как мельчайшую химически неделимую частицу. А если это частица, то она должна иметь массу, которая очень мала. Современные методы исследования позволяют с большой точностью определять эту величину.
Пример: m(H) = 1,674· 10 -27 кг
m(O) = 2,667 · 10 -26 кг Абсолютные массы
m (C) = 1,993 · 10 -26 кг
Представленные величины очень неудобны для проведения вычислений. Поэтому в химии чаще используют не абсолютные, а относительные атомные массы. Относительная атомная масса (Аr) представляет собой отношение абсолютной массы атома к 1/12 массы атома углерода. С помощью формулы - это можно записать так 
1/12m(c) является величиной сравнения и называется 1 а.е.м.
1а.е.м. = 1/12· 1,993 · 10 -26 кг = 1,661 · 10-27 кг
Посчитаем Аr для некоторых элементов.
Аr(О) = = = 15,99 ~ 16
Аr(H) = = = 1,0079 ~ 1
Сравнивая относительные атомные массы кислорода и водорода с абсолютными, хорошо видны преимущества Аr. Величины Аr намного проще. Их удобнее использовать в вычислениях. Готовые величины Аr приведены в таблице Менделеева. Используя Аr элементов, можно проводить сравнения их масс.
Данное вычисление показывает, что атом цинка весит в 2,1 раза больше, чем атом фосфора.
Относительная молекулярная масса (Mr) равна сумме относительных атомных масс, входящих в нее атомов (безразмерна). Вычислим относительную молекулярную массу воды. Вы знаете, что в состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода. Тогда ее относительная молекулярная масса будет равна сумме произведений относительной атомной массы каждого химического элемента на число его атомов в молекуле воды:
вычислите относительные молекулярные массы веществ.
Mr (Cu 2 O)=143,0914
Mr (Na 3 PO 4)= 163,9407
Mr (AlCl 3)= 133,3405
Mr (Ba 3 N 2)= 439,9944
Mr (KNO 3)= 101,1032
Mr (Fe (OH) 2)= 89,8597
Mr (Mg(NO 3) 2)= 148,3148
Mr (Al 2 (SO 4) 3)= 342,1509
Количество вещества (n) - физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы).
Единицей измерения количества вещества (n) является моль. Моль – количество вещества, содержащее столько структурных элементарных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг (12 г) = 1 моль изотопа углерода 12 С.
Число атомов N A в 0,012 кг (12 г) углерода, или в 1 моль, легко определить следующим образом:
Величина N A называется постоянной Авогадро.
При описании химических реакций, количество вещества является более удобной величиной, чем масса, так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратных целым числам.
Например, для реакции горения водорода (2H2 + O2 → 2H2O) требуется в два раза большее количество вещества водорода, чем кислорода. Соотношение между количествами реагирующих веществ непосредственно отражается коэффициентами в уравнениях.
Пример: в 1 моле хлорида кальция = содержит 6,022×10 23 молекул (формульных единиц) - CaCl 2 .
1 моль (1 М) железа = 6 . 10 23 атомов Fe
1 моль (1 М) ионов хлора Cl - = 6 . 10 23 ионов Cl - .
1 моль (1 М) электронов е - = 6 . 10 23 электронов е - .
Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса:
Молярная масса (М) - это масса одного моля вещества (кг/моль, г/моль ). Относительная молекулярная масса и молярная масса вещества численно совпадают, но имеют разную размерность, например, для воды М r = 18 (относительная атомная и молекулярная массы величины безразмерные), М = 18 г/моль. Количество вещества и молярная масса связаны простым соотношением:
Большую роль в формировании химической атомистики сыграли основные стехиометрические законы, которые были сформулированы на рубеже XVII и XVIII столетий.
1. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ (М.В. Ломоносов,1748).
Сумма масс продуктов реакции равна сумме масс исходных веществ . В качестве дополнения к этому закону может служить закон сохранения массы элемента (1789, А.Л. Лавуазье) - масса химического элемента в результате реакции не изменяется . Эти законы имеют для современной химии определяющее значение, поскольку позволяют моделировать химические реакции уравнениями и выполнять на их основе количественные вычисления.
2. ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА (Ж. Пруст,1799-1804).
Индивидуальное химическое вещество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав, не зависящий от способа его получения . Соединения, подчиняющиеся закону постоянства состава, называют дальтонидами. Дальтонидами являются все известные к настоящему времени органические соединения (около 30 миллионов) и часть (около 100 тыс.) неорганических веществ. Вещества, имеющие немолекулярное строение (бертолиды), не подчиняются данному закону и могут иметь переменный состав, зависящий от способа получения образца. К ним относятся большинство (около 500 тыс.) неорганических веществ.
3. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ (И. Рихтер, Дж. Дальтон, 1792-1804).
Каждое сложное вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав. Следовательно, химические вещества взаимодействуют друг с другом в строго определенных (эквивалентных) соотношениях. Массы реагирующих веществ прямо пропорциональны их эквивалентным массам .
где Э А и Э В - эквивалентные массы реагирующих веществ.
4. ЗАКОН АВОГАДРО (А. Авогадро,1811).
В равных объемах разных газов, измеренных в одинаковых условиях (давление, температура), содержится одинаковое число молекул . Из закона следует, что:
Ø При нормальных условиях (н.у., Т = 273 К, р = 101,325 кПа) один моль любого газа занимает одинаковый объем - молярный объем (V m), равный 22,4 л/моль.
Ø Отношение масс равных объемов разных газов, измеренных в одинаковых условиях (относительная плотность газа по газу ), равна отношению их молекулярных (молярных) масс.
Чаще всего определяют относительную плотность по водороду или воздуху. Соответственно,
,
где 29 - средняя, точнее средневзвешенная, молекулярная масса воздуха.
Ø Объемы реагирующих газов относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как простые целые числа (закон объемных отношений Гей-Люссака).
Задача
Сколько граммов газообразного хлора нужно потратить и сколько граммов жидкого хлорида фосфора(III) получиться если в реакции использовано 1,45 граммов фосфора?
Р 4 (тв.) + Cl 2 (г.) = PCl 3 (ж.)
Решение: 1. Необходимо убедиться, что уравнение находиться в равновесии, т.е. необходимо проставить стехиометрические коэффициенты: Р 4 (тв.) + 6Cl 2 (г.) = 4PCl 3 (ж.). На 1 моль Р 4 я могу потратить 6 моль Cl 2 , чтобы получить 4 моля PCl 3
2. У нас есть масса Р 4 в реакции, следовательно, можно узнать сколько молей фосфора использовано. По Т.М. узнаем атомную массу фосфора ~ 31, это говорит, что 1 моль фосфора будет иметь массу 31 г (молярная масса), а атомная масса Р 4 будет 124 г. Найдем сколько молей в 1,45 г фосфора:
1,45 г – х моль х=0,0117 моль
124 г – 1 моль
3. Теперь узнаем сколько молей хлора нужно взять для использования 0,0117 молей фосфора. По равновесной реакции мы видим, что на 1 моль фосфора нужно взять 6 молей хлора, следовательно, хлора нужно взять в 6 раз больше. Считаем:
0,0117 х 6 = 0,07 молей хлора.
0,07 молей х 70,906 г (в 1 моле Cl 2) = 4,963 г Cl 2
5. Теперь найдем сколько граммов жидкого хлорида фосфора(III) получиться. Можно воспользоваться двумя разными решениями:
5.1. Закон сохранения массы 1,45г Р 4 (тв.) + 4,963 г. Cl 2 (г.) = 6,413 г. PCl 3 (ж.)
5.2. А можно воспользоваться способом как мы находили массу необходимого фосфора.
Примеры:
Условие
Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl2 2H2O
Решение
Молярная масса BaCl2 2H2O составляет:
М(BaCl2 2H2O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 =244 г/моль
Из формулы BaCl2 2H2O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н2О.
Определяем массу воды, содержащейся в BaCl2 2H2O: m(H2O) = 2 18 = 36 г.
Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария
BaCl2 2H2O. ω(H2O) = m(H2O)/ m(BaCl2 2H2O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.
Пример самостоятельно
1. Химическое соединение содержит по массе 17,56% натрия, 39,69% хрома и 42,75% кислорода. Определите простейшую формулу соединения. (Na 2 Cr 2 O 7).
2. Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41%), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59%). Выведите химическую формулу. (Fe 3 O 4)
Пример (разбор) . Установите молекулярную формулу вещества, если массовая доля углерода в нем составляет 26,67%, водорода – 2,22%, кислорода – 71,11%. Относительная молекулярная масса этого вещества равна 90.
| Решение 1. Для решения задачи используем формулы: w = ; n = ; x: y: z = n(C) : n(H) : n(O). 2. Находим химические количества элементов, входящих в состав вещества, приняв, что m(C x H y O z) = 100 г. m(C) = w(C) · m(C x H y O z) = 0,2667 · 100 г = 26,67 г. m(H) = w(H) · m(C x H y O z) = 0,0222 · 100 г = 2,22 г. m(O) = w(O) · m(C x H y O z) = 0,7111 · 100 г = 71,11 г. n(C) = = = 2,22 моль.; n(H) = = = 2,22 моль.; n(O) = = = 4,44 моль. 3. Определяем эмпирическую формулу вещества: n(C) : n(H) : n(O) = 2,22 моль: 2,22 моль: 4,44 моль. x: y: z = 1: 1: 2. Эмпирическая формула вещества – CHO 2 . 4. Устанавливаем истинную молекулярную формулу вещества: M r (CHO 2) = A r (C) + A r (H) + 2A r (O) = 12 + 1 + 2·16 = 45; M r (CHO 2) : M r (C x H y O z) = 45: 90 = 1: 2. Истинная молекулярная формула вещества – C 2 H 2 O 4 . Ответ : молекулярная формула вещества C 2 H 2 O 4 . Задача.Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 9 мас. ч. алюминия и 8 мас. ч. кислорода. Решение: Находим отношение числа атомов: Ответ: Химическая формула данного вещества: . Относительная плотность газа Х по газу У - D поУ (Х). Часто в задачах просят определить формулу вещества (газа) в зависимости от Относительной плотности D - это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У: D поУ (Х) = М(Х) / М(У) Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху. Относительная плотность газа Х по водороду: D по H2 = M (газа Х) / M (H2) = M (газа Х) / 2 Воздух - это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава). Поэтому: D по возд. = М (газа Х) / 29 Пример: Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н - 15,79 г. 1. Найдём количество вещества каждого атома: ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль, ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль. 2.Определяем мольное соотношение атомов С и Н: С: Н = 7,0175: 15,79 (поделим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (будем домножать на 1, 2,3,4 и т.п. пока после запятой не появится 0 или 9. В данной задаче нужно домножить на 4) = 4: 9. Таким образом, простейшая формула - С 4 Н 9 . 3. По относительной плотности рассчитаем молярную массу: М = D (возд.) 29 = 114 г/моль. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С 4 Н 9 - 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы. Значит, истинная формула - С 8 Н 18 . | |
В процессе развития науки химия столкнулась с проблемой подсчёта количества вещества для проведения реакций и полученных в их ходе веществ.
На сегодня для подобных расчётов химической реакции между веществами и смесями используют значение относительной атомной массы, внесённой в периодическую таблицу химических элементов Д. И. Менделеева.
Химические процессы и влияние доли элемента в веществах на ход реакции
Современная наука под определением «относительная атомная масса химического элемента» подразумевает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше одной двенадцатой части атома углерода.
С зарождением эры химии потребность в точных определениях хода химической реакции и её результатов росла.
Поэтому химики постоянно пытались решить вопрос о точных массах взаимодействующих элементов в веществе. Одним из лучших решений на то время была привязка к самому лёгкому элементу. И вес его атома был взят за единицу.
Исторический ход подсчёта вещества
Изначально использовался водород, затем кислород. Но этот способ расчёта оказался неточным. Причиной тому послужило наличие в кислороде изотопов с массой 17 и 18.
Поэтому, имея смесь изотопов, технически получали число, отличное от шестнадцати. На сегодня относительная атомная масса элемента рассчитывается исходя из принятого за основу веса атома углерода, в соотношении 1/12.
Дальтон заложил основы относительной атомной массы элемента
Лишь спустя некоторое время, в 19-м веке, Дальтон предложил вести расчёт по самому лёгкому химическому элементу - водороду. На лекциях своим студентам он демонстрировал на вырезанных из дерева фигурках, как соединяются атомы. По другим элементам он использовал данные, ранее полученные другими учёными.
По экспериментам Лавуазье в воде содержится пятнадцать процентов водорода и восемьдесят пять процентов кислорода. Имея эти данные, Дальтон рассчитал, что относительная атомная масса элемента, входящего в состав воды, в данном случае кислорода, составляет 5,67. Ошибочность его расчётов связана с тем, что он считал неверно относительно количества атомов водорода в молекуле воды.
По его мнению, на один атом кислорода приходился один атом водорода. Воспользовавшись данными химика Остина о том, что в составе аммиака 20 процентов водорода и 80 процентов азота, он рассчитал, чему равна относительная атомная масса азота. Имея этот результат, он пришёл к интересному выводу. Получалось, что относительная атомная масса (формула аммиака ошибочно была принята с одной молекулой водорода и азота) составляет четыре. В своих расчетах ученый опирался на периодическую систему Менделеева. По анализу он рассчитал, что относительная атомная масса углерода - 4,4, вместо принятых до этого двенадцати.
Несмотря на свои серьёзные промашки, именно Дальтон первым создал таблицу некоторых элементов. Она претерпела неоднократные изменения ещё при жизни учёного.
Изотопная составляющая вещества влияет на значение точности относительного атомного веса
При рассмотрении атомных масс элементов можно заметить, что точность по каждому элементу разная. К примеру, по литию она четырёхзначная, а по фтору - восьмизначная.
Проблема в том, что изотопная составляющая каждого элемента своя и непостоянна. Например, в обычной воде содержится три типа изотопа водорода. В их число, кроме обычного водорода, входит дейтерий и тритий.
Относительная атомная масса изотопов водорода составляет соответственно два и три. «Тяжёлая» вода (образованная дейтерием и тритием) испаряется хуже. Поэтому в парообразном состоянии изотопов воды меньше, чем в жидком состоянии.
Избирательность живых организмов к различным изотопам
Живые организмы обладают селективным свойством по отношению к углероду. На построение органических молекул используют углерод с относительной атомной массой, равной двенадцати. Поэтому вещества органического происхождения, а также ряд полезных ископаемых, таких как уголь и нефть, содержат меньше изотопной составляющей, чем неорганические материалы.
Микроорганизмы, перерабатывающие и накапливающие серу, оставляют после себя изотоп серы 32. В зонах, где бактерии не перерабатывают, доля изотопа серы - 34, то есть гораздо выше. Именно на основании соотношения серы в породах почвы геологи приходят к выводу о природе происхождения слоя - магматическую природу он имеет или же осадочную.
Из всех химических элементов только один не имеет изотопов - фтор. Поэтому его относительная атомная масса более точная, чем других элементов.
Существование в природе нестабильных веществ
У некоторых элементов относительная масса указана в квадратных скобках. Как видно, это элементы, расположенные после урана. Дело в том, что они не имеют устойчивых изотопов и распадаются с выделением радиоактивного излучения. Поэтому в скобках указан наиболее устойчивый изотоп.
Со временем выяснилось, что у некоторых из них возможно получить в искусственных условиях устойчивый изотоп. Пришлось менять в периодической таблице Менделеева атомные массы некоторых трансурановых элементов.
В процессе синтеза новых изотопов и измерения их продолжительности жизни порой удавалось обнаружить нуклиды с продолжительностью полураспада в миллионы раз дольше.
Наука не стоит на месте, постоянно открываются новые элементы, законы, взаимосвязи различных процессов в химии и природе. Поэтому, в каком виде окажется химия и периодическая система химических элементов Менделеева в будущем, лет через сто, - является туманным и неопределённым. Но хочется верить, что накопленные за прошедшие века труды химиков послужат новому, более совершенному знанию наших потомков.
