Молекулното тегло е едно от основните понятия в съвременната химия. Въвеждането му стана възможно след научното обосноваване на твърдението на Авогадро, че много вещества се състоят от малки частици - молекули, всяка от които от своя страна се състои от атоми. Науката дължи тази преценка до голяма степен на италианския химик Амадео Авогадро, който научно обоснова молекулярната структура на веществата и даде на химията много важни понятия и закони.
Масови единици на елементи
Първоначално водородният атом е бил взет като основна единица на атомната и молекулна маса като най-лекия елемент във Вселената. Но атомните маси в по-голямата си част бяха изчислени на базата на техните кислородни съединения, така че беше решено да се избере нов стандарт за определяне на атомните маси. Атомната маса на кислорода е взета равна на 15, атомната маса на най-лекото вещество на Земята, водорода, - 1. През 1961 г. кислородната система за определяне на теглото е общоприета, но създава известни неудобства.
През 1961 г. е приета нова скала на относителните атомни маси, стандарт за която е въглеродният изотоп 12 C. Единицата за атомна маса (съкратено amu) е 1/12 от масата на този стандарт. Понастоящем атомната маса е масата на атома, която трябва да бъде изразена в amu.
Молекулна маса
Масата на молекула на всяко вещество е равна на сумата от масите на всички атоми, които образуват дадена молекула. Най-лекото молекулно тегло на газа е водородът, неговото съединение се записва като H 2 и има стойност близка до две. Водната молекула се състои от кислороден атом и два водородни атома. Това означава, че молекулното му тегло е 15,994 + 2 * 1,0079 = 18,0152 amu. Сложните органични съединения - протеини и аминокиселини - имат най-голямо молекулно тегло. Молекулното тегло на протеинова структурна единица варира от 600 до 10 6 и повече, в зависимост от броя на пептидните вериги в тази макромолекулна структура.
Молец
Наред със стандартните единици за маса и обем в химията се използва напълно специална системна единица - мола.
Мол е количеството вещество, което съдържа толкова структурни единици (йони, атоми, молекули, електрони), колкото се съдържа в 12 грама от 12 C изотоп.
Когато се прилага мярка за количеството на веществото, е необходимо да се посочи кои структурни единици се имат предвид. Както следва от понятието "мол", във всеки отделен случай е необходимо да се посочи точно за какви структурни единици става дума - например молът на H + йони, молът на H2 молекулите и т.н.
Моларно и молекулно тегло
Масата на количеството вещество в 1 mol се измерва в g / mol и се нарича моларна маса. Връзката между молекулната и моларната маса може да се запише като уравнение
ν = k × m / M, където k е коефициентът на пропорционалност.
Лесно е да се каже, че за всякакви съотношения коефициентът на пропорционалност ще бъде равен на единица. Всъщност изотопът на въглерода има относителна молекулна маса от 12 amu и, според дефиницията, моларната маса на това вещество е 12 g / mol. Съотношението на молекулното тегло към моларното е 1. Оттук можем да заключим, че моларното и молекулното тегло имат еднакви числови стойности.
Газови обеми
Както знаете, всички вещества около нас могат да бъдат в твърдо, течно или газообразно агрегатно състояние. За твърдите тела най-често срещаната основна мярка е масата, за твърдите тела и течностите обемът. Това се дължи на факта, че твърдите тела запазват формата и крайните си размери, а течните и газообразните вещества нямат крайни размери. Особеността на всеки газ е, че между неговите структурни единици - молекули, атоми, йони - разстоянието е многократно по-голямо от същото разстояние в течности или твърди тела. Например, при нормални условия един мол вода заема обем от 18 ml - приблизително същото количество се побира в една супена лъжица. Обемът на един мол финокристална готварска сол е 58,5 ml, а обемът на 1 мол захар е 20 пъти повече от мол вода. За газовете е необходимо още повече място. При нормални условия един мол азот заема обем 1240 пъти по-голям от един мол вода.
По този начин обемите на газообразните вещества се различават значително от обемите на течности и твърди вещества. Това се дължи на разликата в разстоянията между молекулите на веществата в различни агрегатни състояния.
Нормални условия
Състоянието на всеки газ е силно зависимо от температурата и налягането. Например, азотът при температура 20 ° C заема обем от 24 литра, а при 100 ° C при същото налягане - 30,6 литра. Химиците взеха предвид тази зависимост, така че беше решено всички операции и измервания с газообразни вещества да се сведат до нормални условия. Навсякъде по света параметрите на нормалните условия са еднакви. За газообразните химикали това са:
- Температура при 0°C.
- Налягане 101,3 kPa.
За нормални условия е прието специално съкращение - n.u. Понякога в проблемите това обозначение не е написано, тогава трябва внимателно да прочетете отново условията на проблема и да приведете дадените параметри на газа към нормални условия.
Изчисляване на обема на 1 мол газ
Като пример е лесно да се изчисли един мол от всеки газ, като азот. За да направите това, първо трябва да намерите стойността на неговото относително молекулно тегло:
M r (N 2) = 2 × 14 = 28.
Тъй като относителната молекулна маса на веществото е числено равна на моларната маса, тогава М (N2) = 28 g/mol.
Експериментално е установено, че при нормални условия плътността на азота е 1,25 g/l.
Заменете тази стойност в стандартната формула, известна от училищния курс по физика, където:
- V е обемът на газа;
- m е масата на газа;
- ρ е плътността на газа.
Получаваме, че моларният обем на азота при нормални условия
V (N 2) = 25 g / mol: 1,25 g / литър = 22,4 L / mol.
Оказва се, че един мол азот отнема 22,4 литра.
Ако извършите такава операция с всички съществуващи газообразни вещества, можете да стигнете до невероятно заключение: обемът на всеки газ при нормални условия е 22,4 литра. Независимо за какъв вид газ говорим, каква е неговата структура и физикохимични характеристики, един мол от този газ ще заема обем от 22,4 литра.
Моларният обем на газа е една от най-важните константи в химията. Тази константа прави възможно решаването на много химически проблеми, свързани с измерването на свойствата на газовете при нормални условия.
Резултати
Молекулното тегло на газообразните вещества е важно за определяне на количеството на веществото. И ако изследователят знае количеството вещество на определен газ, той може да определи масата или обема на такъв газ. За една и съща част от газообразно вещество едновременно са изпълнени следните условия:
ν = m / M ν = V / V m.
Ако премахнем константата ν, можем да изравним тези два израза:
Така че можете да изчислите масата на една част от веществото и неговия обем, а също така става известно молекулното тегло на изследваното вещество. Използвайки тази формула, можете лесно да изчислите съотношението обем към маса. Когато тази формула се редуцира до формата M = m V m / V, моларната маса на желаното съединение ще стане известна. За да се изчисли тази стойност, е достатъчно да се знае масата и обема на изследвания газ.
Трябва да се помни, че стриктното съответствие на реалното молекулно тегло на веществото с това, което се намира по формулата, е невъзможно. Всеки газ съдържа много примеси и добавки, които правят определени промени в неговата структура и влияят върху определянето на неговата маса. Но тези колебания въвеждат промени на третия или четвъртия знак след десетичната запетая в намерения резултат. Следователно, за училищни проблеми и експерименти, намерените резултати са доста правдоподобни.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Съотношението на масата (m) на веществото към неговото количество (n) се нарича моларна маса на веществото:
Моларната маса обикновено се изразява в g / mol, по-рядко в kg / kmol. Тъй като един мол от всяко вещество съдържа еднакъв брой структурни единици, моларната маса на веществото е пропорционална на масата на съответната структурна единица, т.е. относителна атомна маса на дадено вещество (M r):
където κ е коефициентът на пропорционалност, който е еднакъв за всички вещества. Относителното молекулно тегло е безразмерна величина. Изчислява се с помощта на относителните атомни маси на химичните елементи, посочени в периодичната таблица на D.I. Менделеев.
Относителната атомна маса на атомния азот е 14,0067 amu.Относителното му молекулно тегло ще бъде равно на 14,0064, а моларната му маса:
M (N) = M r (N) × 1 mol = 14,0067 g / mol.
Известно е, че азотната молекула е двуатомна - N 2, тогава относителната атомна маса на азотната молекула ще бъде равна на:
A r (N 2) = 14,0067 × 2 = 28,0134 amu
Относителната молекулна маса на азотната молекула ще бъде равна на 28,0134, а моларната маса:
M (N 2) = M r (N 2) × 1 mol = 28,0134 g / mol или само 28 g / mol.
Азотът е безцветен газ, който няма нито мирис, нито вкус (схема на атомната структура е показана на фиг. 1), слабо разтворим във вода и други разтворители с много ниски точки на топене (-210 o C) и точки на кипене (-195,8 o C).
Ориз. 1. Структурата на азотния атом.
Известно е, че в природата азотът може да бъде под формата на два изотопа 14 N (99,635%) и 15 N (0,365%). Тези изотопи се характеризират с различно съдържание на неутрони в ядрото на атома и следователно с различна моларна маса. В първия случай той ще бъде равен на 14 g / mol, а във втория - 15 g / mol.
Молекулното тегло на веществото в газообразно състояние може да се определи с помощта на концепцията за неговия моларен обем. За да направите това, намерете обема, зает при нормални условия от определена маса на дадено вещество, и след това изчислете масата на 22,4 литра от това вещество при същите условия.
За постигане на тази цел (изчисляване на моларната маса) е възможно да се използва уравнението на състоянието за идеален газ (уравнение на Менделеев-Клапейрон):
където p е налягането на газа (Pa), V е обемът на газа (m 3), m е масата на веществото (g), M е молната маса на веществото (g / mol), T е абсолютната температура (K), R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J / (mol × K).
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Изчислете обема на азота (нормални условия), който може да реагира с 36 g магнезий. |
| Решение | Нека напишем уравнението за реакцията на химичното взаимодействие на магнезий с азот: V eq1 и V eq2 моларни обеми на техните еквиваленти. Използвайки разглежданите стехиометрични закони, е възможно да се реши широк кръг от проблеми. По-долу са дадени примери за решаване на редица типични задачи. 3.3 Въпроси за самоконтрол1. Какво е стехиометрия? 2. Какви стехиометрични закони познавате? 3. Как се формулира законът за запазване на масата на веществата? 4. Как да обясним валидността на закона за запазване на масата на веществата на базата на атомно-молекулярната теория? 5. Как се формулира законът за постоянството на състава? 6. Формулирайте закона за простите обемни отношения. 7. Как е формулиран законът на Авогадро? 8. Формулирайте последиците от закона на Авогадро. 9. Какво е моларен обем? На какво е равно? 10. Каква е относителната плътност на газовете? 11. Като знаете относителната плътност на газ, как можете да определите неговата моларна маса? 12. Какви параметри характеризират газовото състояние? 13. Какви мерни единици за маса, обем, налягане и температура знаете? 14. Каква е разликата между температурните скали на Целзий и Келвин? 15. Какви условия на газовото състояние се считат за нормални? 16. Как може обемът на газа да се доведе до нормални условия? 17. Какво се нарича еквивалент на вещество? 18. Какво е еквивалент на моларна маса? 19. Как се определя коефициентът на еквивалентност за а) оксид, б) киселини, в) основи, г) соли? 20. Какви формули могат да се използват за изчисляване на еквивалента за а) оксид, б) киселина, в) основа, г) сол? 21. Какви формули могат да се използват за изчисляване на моларните маси на еквивалентите за а) оксид, б) киселина, в) основа, г) сол? 22. Какво е еквивалентен моларен обем? 23. Как е формулиран законът за еквивалентите? 24. Какви формули могат да се използват за изразяване на закона за еквивалентите? 3.4. Тестове за самоконтрол на тема „Еквивалент” Вариант 11. При същите условия, взети равни обеми на O 2 и C1 2. Какво е масовото съотношение на двата газа? 1) м(O 2)> м(Cl 2), 2) м(O 2)< м(Cl 2), 3) м(O 2) = м(Cl 2). 2. Каква е стойността на относителната плътност на кислорода по отношение на водорода? 1) 32, 2) 8, 3) 16, 4) 64. 3. Колко мола еквиваленти на сярна киселина се съдържат в 1 мол от молекулите на това вещество, участващи в пълната реакция на неутрализация? 1) 2, 2) 1, 3) 1/2, 4) 1/6, 5) 1/4. 4. Какъв е еквивалентът на железен (III) хлорид в реакцията FeCl 3 + 3NаОН = Fe (ОН) 3 + 3NаС1? 1) 1/2, 2) 1, 3) 1/3, 4) 1/4, 5) 1/6. 5. Каква е масата на цинка в грамове, която трябва да се вземе, за да се отделят 5,6 литра водород при реакцията с киселина? 1) 65, 2) 32,5, 3) 16,25, 4) 3,25. Вижте страница 26 за отговори. Вариант 21. Смесете равни обеми водород и хлор. Как ще се промени обемът на сместа след реакцията? 1) Ще се увеличи 2 пъти 2) ще намалее 2 пъти 3) няма да се промени.2. Масата на газ с обем 2,24 литра (при нормални условия) е 2,8 г. Каква е стойността на относителното молекулно тегло на газа? 1) 14, 2) 28, 3) 28 G / mol, 4) 42.3. Под кое число е формулата на азотния оксид, моларната маса на азотния еквивалент в който е равна на 7 g/mol? 1) N 2 O, 2) NO, 3) N 2 O 3, 4) N 2 O 4, 5) N 2 O 5. 4. Под кое число е стойността на обема на водорода в литри при нормални условия, който ще се освободи при разтваряне на 18 g метал в киселина, моларната маса на еквивалента на която е 9? 1) 22,4, 2) 11,2, 3) 5,6, 4) 2,24. 5. Какъв е еквивалентът на хидрокси железен (III) нитрат в реакцията: Fe (NO 3) 3 + NaOH = Fe (OH) 2 NO 3 + NaNO 3? 1) 1/4, 2) 1/6, 3) 1, 4) 1/2, 5) 1/3. Вижте страница 26 за отговори. Проблем 80. Отговор: Проблем 81.
Отговор: Проблем 82. Тук R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J / (mol. K); Т е температурата на газа, К; P е налягането на газа, Pa; V - обем на газа, m3; M е моларната маса на газа, g / mol.
б) 1 мол от всяко вещество съдържа 6,02 . 10 23 частици (атоми, молекули), тогава масата на една молекула се изчислява от съотношението:
Отговор: М = 28 g / mol; m = 4,65 . 10 -23 гр. Проблем 83.
Плътността на газ във въздуха е равна на съотношението на молната маса на този газ към моларната маса на въздуха:
Ето плътността на газа във въздуха; - моларна маса на газа; - въздух (29g / mol). Тогава
Проблем 84.
Моларната маса на кислорода е 32 g / mol. Тогава Отговор: Проблем 85. където m 1 / m 2 е относителната плътност на първия газ за втория, обозначен с D. Следователно, от условието на задачата:
Моларната маса на азота е 28 g / mol. Тогава б) 1 мол от всеки газ при нормални условия (T = 0 0 C и P = 101,325 kPa) заема обем от 22,4 литра. Познавайки масата и обема на газа при нормални условия, ние изчисляваме моларна масатова, съставляващо пропорцията:
Отговор: M (газ) = 34 g / mol. Проблем 86. където m 1 / m 2 е относителната плътност на първия газ за втория, обозначен с D. Следователно, от условието на задачата:
Моларната маса на въздуха е 29 g / mol. Тогава M 1 = D . М2 = 6,92 . 29 = 200,6 g/mol. Знаейки, че Ar (Hg) = 200,6 g / mol, намираме броя на атомите (n), които изграждат една живачна молекула:
Така живачната молекула се състои от един атом. Отговор: от един. Проблем 87. където m 1 / m 2 е относителната плътност на първия газ за втория, обозначен с D. Следователно, от условието на задачата:
Моларната маса на азота е 28 g / mol. Тогава моларната маса на серните пари е: M 1 = D . М2 = 9,14. 2 = 255,92 g/mol. Знаейки, че Ar (S) = 32 g / mol, намираме броя на атомите (n), които съставляват молекула на сярата:
Така молекулата на сярата се състои от един атом. Отговор: от осем. Проблем 88. Тук R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J / (mol . ДА СЕ); Т е температурата на газа, К; P е налягането на газа, Pa; V - обем на газа, m 3; M е моларната маса на газа, g / mol.
Отговор: 58 g/mol. Проблем 89. Изразяване на тези проблеми в системата SI от единици (P = 10.4.104Pa; V = 6.24.10-4m3; m = 1.56.10-3kg; T = 290K) и тяхното заместване в уравнението на Клапейрон-Менделеев (състояние на уравнение на идеален газ), намираме моларната маса на газа: Тук R е универсалната газова константа, равна на 8,314 J / (mol. K); Т е температурата на газа, К; P е налягането на газа, Pa; V - обем на газа, m 3; M е моларната маса на газа, g / mol.
Отговор: 58 g/mol.
>
Най - известен |
