Измерение молярной массы. Молярная масса. Формула массы молекулы

Молекулярная масса - одно из основных понятий в современной химии. Ее ввод стал возможным после научного обоснования утверждения Авогадро о том, что многие вещества состоят из мельчайших частиц - молекул, каждая из которых, в свою очередь, состоит из атомов. Этим суждением наука во многом обязана итальянскому химику Амадео Авогадро, который научно обосновал молекулярное строение веществ и подарил химии многие важнейшие понятия и законы.

Единицы масс элементов

Первоначально за базовую единицу атомной и молекулярной массы брали атом водорода как наиболее легкого из элементов во Вселенной. Но атомные массы в большинстве своем вычислялись но основе их кислородных соединений, поэтому было принято решение выбрать новый эталон для определения атомных масс. Атомную массу кислорода приняли равной 15, атомную массу самого легкого вещества на Земле, водорода, - 1. В 1961 году кислородная система определения веса была общепринятой, но создавала определенные неудобства.

В 1961 году была принята новая шкала относительных атомных масс, эталоном для которой стал изотоп углерода 12 С. Атомная единица массы (сокращенно а.е.м.) составляет 1/12 часть массы этого эталона. В настоящее время атомной массой называют массу атома, которая должна быть выражена в а.е.м.

Масса молекул

Масса молекула любого вещества равна сумме масс всех атомов, образующих данную молекулу. Самая легкая молекулярная масса газа у водорода, его соединение пишется как Н 2 и имеет значение, приближенное к двум. Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Значит, ее молекулярная масса равна 15,994 + 2*1.0079=18.0152 а.е.м. Самые большие молекулярные массы имеют сложные органические соединения - белки и аминокислоты. Молекулярная масса структурной единицы белка колеблется от 600 до 10 6 и выше, в зависимости от количества пептидных цепей в этой макромолекулярной структуре.

Моль

Одновременно со стандартными единицами массы и объема в химии используется совершенно особая системная единица - моль.

Моль - это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (ионов, атомов, молекул, электронов), столько содержится в 12 граммах изотопа 12 С.

При применении меры количества вещества необходимо указывать, какие именно структурные единицы имеются в виду. Как следует из понятия «моль», в каждом отдельном случае следует точно указывать, о каких структурных единицах идет речь - например, моль ионов Н + , моль молекул Н 2 и прочее.

Молярная и молекулярная масса

Масса количества вещества в 1 моль измеряется в г/моль и называется молярной массой. Отношение между молекулярной и молярной массой можно записать в виде уравнения

ν = k × m/M, где к - коэффициент пропорциональности.

Нетрудно сказать, что для любых соотношений коэффициент пропорциональности будет равен единице. Действительно, изотоп углерода имеет относительную молекулярную массу 12 а.е.м, а, согласно определению, молярная масса этого вещества равна 12 г/моль. Отношение молекулярной массы к молярной равно 1. Отсюда можно сделать вывод, что молярная и молекулярная масса имеют одинаковые числовые значения.

Объемы газов

Как известно, все окружающие нас вещества могут пребывать в твердом, жидком или газообразном агрегатном состоянии. Для твердых тел наиболее распространенной базовой мерой является масса, для твердых и жидких - объем. Это связано с тем, что твердые тела сохраняют свою форму и конечные размеры, Жидкие и газообразные вещества конечных размеров не имеют. Особенность любого газа состоит в том, что между его структурными единицами - молекулами, атомами, ионами - расстояние во много раз больше, чем такие же расстояния в жидкостях или твердых телах. Например, один моль воды в нормальных условиях занимает объем 18 мл - приблизительно столько же вмещается в одну столовую ложку. Объем одного моля мелкокристаллической поваренной соли - 58,5 мл, а объем 1 моля сахара больше моля воды в 20 раз. Для газов места требуется еще больше. Один моль азота при нормальных условиях занимает объем, в 1240 раз больший, чем один моль воды.

Таким образом, объемы газообразных веществ существенно отличаются от объемов жидких и твердых. Это обусловлено разностью растояний между молекулами веществ в различных агрегатных состояниях.

Нормальные условия

Состояние любого газа сильно зависит от температуры и давления. Например, азот при температуре в 20 °С занимает объем в 24 литра, а при 100 °С при том же самом давлении - 30,6 литров. Химики учли такую зависимость, поэтому было принято решение сводить все операции и измерения с газообразными веществами к нормальным условиям. Во всем мире параметры нормальных условий одинаковы. Для газообразных химических веществ это:

• Температура в 0°С.
• Давление в 101,3 кПа.

Для нормальных условий принято специальное сокращение - н.у. Иногда в задачах это обозначение не пишется, тогда следует внимательно перечитать условия задачи и привести заданные параметры газа к нормальным условиям.

Расчет объема 1 моля газа

В качестве примера несложно выполнить расчет одного моля любого газа, например азота. Для этого сначала нужно найти значение его относительной молекулярной массы:

М r (N 2)= 2×14=28.

Поскольку относительная молекулярная масса вещества численно равна молярной, то M(N 2)=28 г/ моль.

Опытным путем выяснено, что при нормальных условиях плотность азота равна 1,25 г/литр.

Подставим это значение в стандартную формулу, известную со школьного курса физики, где:

• V — объем газа;
• m — масса газа;
• ρ — плотность газа.

Получим, что молярный объем азота при нормальных условиях

V(N 2)= 25г/моль: 1,25 г/ литр =22,4 л/ моль.

Получается, что один моль азота занимает 22,4 литра.

Если выполнить такую операцию со всеми существующими газовыми веществам, можно прийти к удивительному выводу: объем любого газа при нормальных условиях равен 22,4 литра. Вне зависимости от того, о каком газе идет речь, какова его структура и физико-химические характеристики, один моль этого газа будет занимать объем 22,4 литра.

Молярный объем газа - одна из важнейших констант в химии. Эта постоянная позволяет решить многие химические задачи, связанные с измерением свойств газов при нормальных условиях.

Итоги

Молекулярная масса газообразных веществ важна для определения количества вещества. А если исследователь знает количество вещества того или иного газа, он может определить массу или объем такого газа. Для одной и той же порции газообразного вещества одновременно выполняются условия:

ν = m/ M ν= V/ V m.

Если убрать постоянную ν, можно уравнять эти два выражения:

Так можно вычислить массу одной порции вещества и его объем, а также становится известной молекулярная масса исследуемого вещества. Применяя эту формулу, можно легко вычислить соотношение объем-масса. При приведении данной формулы к виду M= m V m /V станет известна молярная масса искомого соединения. Для того чтобы вычислить это значение, достаточно узнать массу и объем исследуемого газа.

Следует помнить, что строгое соответствие реальной молекулярной массы вещества к той, что найдена по формуле, невозможно. Любой газ содержит массу примесей и добавок, которые вносят определенные изменения в его структуру и влияют на определение его массы. Но эти колебания вносят изменения в третью или четвертую цифру после запятой в найденном результате. Поэтому для школьных задач и экспериментов найденные результаты вполне правдоподобны.

Одной из основных единиц в Международной системе единиц (СИ) является единица количества вещества – моль.

Моль – это такое количество вещества, которое содержит столько структурных единиц данного вещества (молекул, атомов, ионов и др.), сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода 12 С .

Учитывая, что значение абсолютной атомной массы для углерода равно m (C) = 1,99 · 10  26 кг, можно рассчитать число атомов углерода N А , содержащееся в 0,012 кг углерода.

Моль любого вещества содержит одно и то же число частиц этого вещества (структурных единиц). Число структурных единиц, содержащихся в веществе количеством один моль равно 6,02·10 23 и называется числом Авогадро (N А ).

Например, один моль меди содержит 6,02·10 23 атомов меди (Cu), а один моль водорода (H 2) – 6,02·10 23 молекул водорода.

Молярной массой (M) называется масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

Молярная масса обозначается буквой М и имеет размерность [г/моль]. В физике пользуются размерностью [кг/кмоль].

В общем случае численное значение молярной массы вещества численно совпадает со значением его относительной молекулярной (относительной атомной) массы.

Например, относительная молекулярная масса воды равна:

Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 а.е.м.

Молярная масса воды имеет ту же величину, но выражена в г/моль:

М (Н 2 О) = 18 г/моль.

Таким образом, моль воды, содержащий 6,02·10 23 молекул воды (соответственно 2·6,02·10 23 атомов водорода и 6,02·10 23 атомов кислорода), имеет массу 18 граммов. В воде, количеством вещества 1 моль, содержится 2 моль атомов водорода и один моль атомов кислорода.

1.3.4. Связь между массой вещества и его количеством

Зная массу вещества и его химическую формулу, а значит и значение его молярной массы, можно определить количество вещества и, наоборот, зная количество вещества, можно определить его массу. Для подобных расчетов следует пользоваться формулами:

где ν – количество вещества, [моль]; m – масса вещества, [г] или [кг]; М – молярная масса вещества, [г/моль] или [кг/кмоль].

Например, для нахождения массы сульфата натрия (Na 2 SO 4) количеством 5 моль найдем:

1) значение относительной молекулярной массы Na 2 SO 4 , представляющую собой сумму округленных значений относительных атомных масс:

Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,

2) численно равное ей значение молярной массы вещества:

М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль,

3) и, наконец, массу 5 моль сульфата натрия:

m = ν · M = 5 моль · 142 г/моль = 710 г.

Ответ: 710.

1.3.5. Связь между объемом вещества и его количеством

При нормальных условиях (н.у.), т.е. при давлении р , равном 101325 Па (760 мм. рт. ст.), и температуре Т, равной 273,15 К (0 С), один моль различных газов и паров занимает один и тот же объем, равный 22,4 л.

Объем, занимаемый 1 моль газа или пара при н.у., называется молярным объемом газа и имеет размерность литр на моль.

V мол = 22,4 л/моль.

Зная количество газообразного вещества (ν) и значение молярного объема (V мол) можно рассчитать его объем (V) при нормальных условиях:

V = ν · V мол,

где ν – количество вещества [моль]; V – объем газообразного вещества [л]; V мол = 22,4 л/моль.

И, наоборот, зная объем (V ) газообразного вещества при нормальных условиях, можно рассчитать его количество (ν):

В химии не используют значения абсолютных масс молекул, а пользуются величиной относительная молекулярная масса. Она показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Эту величину обозначают M r .

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс входящих в нее атомов. 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:

Зная относительные молекулярные массы газообразных веществ, можно сравнивать их плотности, т. е. вычислять относительную плотность одного газа по другому - D(А/Б). Относительная плотность газа А по газу Б равна отношению их относительных молекулярных масс:

Вычислим относительную плотность углекислого газа по водороду:

Теперь вычисляем относительную плотность углекислого газа по водороду:

D(угл. г./водор.) = M r (угл. г.) : M r (водор.) = 44:2 = 22.

Таким образом, углекислый газ в 22 раза тяжелее водорода.

Как известно, закон Авогадро применим только к газообразным веществам. Но химикам необходимо иметь представление о количестве молекул и в порциях жидких или твердых веществ. Поэтому для сопоставления числа молекул в веществах химиками была введена величина - молярная масса .

Молярная масса обозначается М , она численно равна относительной молекулярной массе.

Отношение массы вещества к его молярной массе называется количеством вещества .

Количество вещества обозначается n . Это количественная характеристика порции вещества, наряду с массой и объемом. Измеряется количество вещества в молях.

Слово «моль» происходит от слова «молекула». Число молекул в равных количествах вещества одинаково.

Экспериментально установлено, что 1 моль вещества содержит частиц (например, молекул). Это число называется числом Авогадро. А если к нему добавить единицу измерения - 1/моль, то это будет физическая величина - постоянная Авогадро, которая обозначается N А.

Молярная масса измеряется в г/моль. Физический смысл молярной массы в том, что эта масса 1 моль вещества.

В соответствии с законом Авогадро, 1 моль любого газа будет занимать один и тот же объем. Объем одного моля газа называется молярным объемом и обозначается V n .

При нормальных условиях (а это 0 °С и нормальное давление - 1 атм. или 760 мм рт. ст. или 101,3 кПа) молярный объем равен 22,4 л/моль.

Тогда количество вещества газа при н.у. можно вычислить как отношение объема газа к молярному объему.

ЗАДАЧА 1 . Какое количество вещества соответствует 180 г воды?

ЗАДАЧА 2. Вычислим объем при н.у., который займет углекислый газ количеством 6 моль.

Список литературы

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006. (с. 29-34)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 27-32)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§§ 12, 13)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр.учрежд. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§ 10, 17)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
3. Тесты по химии (онлайн) ().

Домашнее задание

1. с.69 № 3; с.73 №№ 1, 2, 4 из учебника «Химия: 8-й класс» (П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005).

2. №№ 65, 66, 71, 72 из Сборника задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006.

И умение производить вычисления, конечно же. Например, широко известное вещество – серная . Оно находит настолько широкое в самых разных отраслях , что по праву носит название « химии». Какова ее ?

Напишите точную формулу серной кислоты: H2SO4. А теперь возьмите таблицу Менделеева и посмотрите, каковы атомные массы всех элементов, входящих в ее состав. Этих элементов три – водород, сера и кислород. Атомная масс водорода равна 1, серы – 32, кислорода – 16. Следовательно, суммарная молекулярная масса серной кислоты, с учетом индексов, равна: 1*2 + 32 + 16*4 = 98 а.е.м (атомных единиц массы).

А теперь давайте вспомним еще одно моля: это количество вещества , масса которого в численно равна его массе, выраженной в атомных единицах. Таким образом, получается, что 1 моль серной кислоты весит 98 грамм. Вот такова ее молярная масса. Задача решена.

Предположим, вам заданы такие условия: имеется 800 миллилитров 0,2 молярного раствора (0,2М) какой-то соли, причем известно, что в сухом виде эта соль весит 25 граммов. Требуется вычислить ее молярную массу .

Для начала вспомните определение 1-молярного (1М) раствора. Это раствор, в 1 которого содержится 1 моль какого-либо вещества . Соответственно, в 1 литре 0,2М раствора содержалось бы 0,2 моля вещества . Но у вас не 1 литр, а 0,8 литра. Следовательно, фактически вы имеете 0,8*0,2 = 0,16 моля вещества .

А дальше уже все становится проще простого. Если 25 граммов соли по условиям задачи составляют 0,16 моля, какое же количество равно одному молю? Произведя вычисление в одно действие, найдете: 25/0,16 = 156,25 граммов. Молярная масса соли составляет 156,25 грамм/моль. Задача решена.

В подсчетах вы использовали округленные величины атомных весов водорода, серы и кислорода. Если требуется произвести вычисления с большой точностью, округление недопустимо.

Источники:

• молярная масса соли
• Вычисление молярной массы эквивалента

Массы атомов или молекул чрезвычайно малы, поэтому в молекулярной физике вместо самих масс молекул и атомов прнято использовать по предложению Дальтона их относительные величины, сравнивая массу молекулы или атома с 1/12 частью массы атома углерода. Количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько их содержится в 12 граммах углерода, называется молем. Молярная масса вещества (М) - это масса одного моля. Молярная масса - величина скалярная, измеряется она в международной системе СИ в килогаммах, деленных на моль.

Инструкция

Чтобы рассчитать молярную массу достаточно знать две величины: массу (m), выражаемую в килограмах, и и количество вещества (v), измеряемого в молях, подставив их в формулу: М=m/v.
Пример. Пусть надо определить молярную массу 100 г воды в 3 молях. Для этого следует сначала массу воды в из граммов - 100г=0,01кг. Далее подставить величины в формулу, для молярной : М=m/v=0,01кг/3моль=0,003кг/моль.

В практической и теоретической химии существуют и имеют практическое значение два таких понятия, как молекулярная (его часто заменяют понятием молекулярный вес, что не правильно) и молярная масса. Обе эти величины зависят от состава простого или сложного вещества.

Как определить или молекулярную? Обе эти физические величины нельзя (или почти нельзя) найти прямым измерением, например, взвешиванием вещества на весах. Их рассчитывают, исходя из химической формулы соединения и атомных масс всех элементов. Эти величины численно равны, но отличаются размерностью. выражается атомными единицами массы, которые являются условной величиной, имеют обозначение а. е. м., а также другое название — «дальтон». Единицы измерения молярной массы выражаются в г/моль.

Молекулярные массы простых веществ, молекулы которых состоят из одного атома, равны их атомным массам, которые указаны в периодической таблице Менделеева. Например, для:

• натрия (Na) — 22,99 а. е. м.;
• железа (Fe) — 55,85 а. е. м.;
• серы (S) — 32,064 а. е. м.;
• аргон (Ar) — 39,948 а. е. м.;
• калия (K) — 39,102 а. е. м.

Также и молекулярные массы простых веществ, молекулы которых состоят из нескольких атомов химического элемента, рассчитывают как произведение атомной массы элемента на количество атомов в молекуле. Например, для:

• кислорода (O2) — 16 . 2 = 32 а. е. м.;
• азота (N2) — 14 .2 = 28 а. е. м.;
• хлора (Cl2) — 35 . 2 = 70 а. е. м.;
• озона (O3) — 16 . 3 = 48 а. е. м.

Рассчитывают молекулярные массы суммируя произведения атомной массы на число атомов для входящего в состав молекулы каждого элемента. Например, для:

• (HCl) — 2 + 35 = 37 а. е. м.;
• (CO) — 12 + 16 = 28 а. е. м.;
• двуокиси углерода (CO2) — 12 + 16 . 2 = 44 а. е. м.

Но как найти молярную массу веществ?

Это сделать несложно, так как она является массой единицы количества конкретного вещества, выраженного в молях. То есть, если рассчитанную молекулярную массу каждого вещества умножить на постоянную величину, равную 1 г/моль, то получится его молярная масса. Например, как найти молярную массу (CO2)? Следует (12 + 16 . 2) .1 г/моль = 44 г/моль, то есть МСО2 = 44 г/моль. Для простых веществ, в молекулы, которых входит только один атом элемента, этот показатель, выраженный в г/молях численно совпадает с атомной массой элемента. Например, для серы MS = 32,064 г/моль. Как найти молярную массу простого вещества, молекула которого состоит из нескольких атомов, можно рассмотреть на примере кислорода: MO2 = 16 . 2 = 32 г/моль.

Здесь были приведены примеры для конкретных простых или сложных веществ. Но можно ли и как найти молярную массу продукта, состоящего из нескольких компонентов? Как и молекулярная, молярная масса многокомпонентной смеси является аддитивной величиной. Она является суммой произведений молярной массы компонента на его долю в смеси: M = ∑Mi . Xi, то есть может быть рассчитана как средняя молекулярная, так и средняя молярная масса.

На примере воздуха, в состав которого входит примерно 75,5 % азота, 23,15 % кислорода, 1,29 % аргона и 0,046 % двуокиси углерода (остальными примесями, которые содержатся в меньших количествах, можно пренебречь): Мвоздуха = 28 . 0,755 + 32 . 0,2315 + 40 . 0,129 + 44 . 0,00046 = 29,08424 г/моль ≈ 29 г/моль.

Как найти молярную массу вещества, если точность определения атомных масс, указанных в таблице Менделеева, разная? Для некоторых элементов она указана с точностью до десятых, для других с точностью до сотых, для третьих до тысячных, а для таких, как радон - до целых, для марганца до десятитысячных.

При расчете молярной массы не имеет смысла вести расчеты с большей точностью, чем до десятых, так как они имеют практическое применение, когда чистота самих химических веществ или реактивов будет вносить большую погрешность. Все эти расчеты носят приближенный характер. Но там, где химикам требуется большая точность, с помощью определенных процедур вносятся соответствующие поправки: устанавливается титр раствора, производятся калибровки по стандартным образцам и прочее.