Molekylvikt är ett av grundbegreppen inom modern kemi. Dess introduktion blev möjlig efter det vetenskapliga belägget för Avogadros påstående att många ämnen består av de minsta partiklarna - molekyler, som var och en i sin tur består av atomer. Vetenskapen har mycket av denna bedömning att tacka den italienske kemisten Amadeo Avogadro, som vetenskapligt underbyggde ämnens molekylära struktur och gav kemin många av de viktigaste begreppen och lagarna.
Massenheter av element
Ursprungligen togs väteatomen som den grundläggande enheten för atom- och molekylmassa som den lättaste av elementen i universum. Men atommassorna beräknades mestadels på basis av deras syreföreningar, så det beslutades att välja en ny standard för att bestämma atommassorna. Atommassan av syre togs lika med 15, atommassan för det lättaste ämnet på jorden, väte, - 1. 1961 var syresystemet för att bestämma vikten allmänt accepterat, men skapade vissa olägenheter.
1961 antogs en ny skala för relativa atommassor, standarden för vilken var kolisotopen 12 C. Atommassaenheten (förkortad a.m.u.) är 1/12 av denna standards massa. För närvarande avser atommassa massan av en atom, som måste uttryckas i a.m.u.
Massa av molekyler
Massan av en molekyl av något ämne är lika med summan av massorna av alla atomer som bildar denna molekyl. Väte har den lättaste molekylvikten av en gas, dess förening skrivs som H 2 och har ett värde nära två. Vattenmolekylen består av en syreatom och två väteatomer. Följaktligen är dess molekylvikt 15,994 + 2*1,0079=18,0152 a.m.u. Komplexa organiska föreningar - proteiner och aminosyror - har de största molekylvikterna. Molekylvikten för en proteinstrukturenhet sträcker sig från 600 till 106 och mer, beroende på antalet peptidkedjor i denna makromolekylära struktur.
mol
Samtidigt med standardenheterna för massa och volym inom kemi används en mycket speciell systemenhet - mullvaden.
En mol är mängden av ett ämne som innehåller lika många strukturella enheter (joner, atomer, molekyler, elektroner) som det finns i 12 gram av 12C-isotopen.
Vid tillämpning av måttet på mängden av ett ämne är det nödvändigt att ange vilka strukturella enheter som avses. Som följer av begreppet "mol" bör det i varje enskilt fall anges exakt vilka strukturella enheter det är fråga om - till exempel en mol H + joner, en mol H 2 molekyler och så vidare.
Molar och molekylvikt
Massan av en mängd av ett ämne i 1 mol mäts i g/mol och kallas molmassan. Förhållandet mellan molekylär och molär massa kan skrivas som en ekvation
ν = k × m/M, där k är proportionalitetskoefficienten.
Det är lätt att säga att för alla förhållanden kommer proportionalitetskoefficienten att vara lika med en. Faktum är att isotopen av kol har en relativ molekylmassa på 12 amu, och enligt definitionen är molmassan av detta ämne 12 g/mol. Förhållandet mellan molekylvikt och molär är 1. Av detta kan vi dra slutsatsen att molvikten och molekylvikten har samma numeriska värden.
Gasvolymer
Som ni vet kan alla ämnen omkring oss vara i fast, flytande eller gasformigt aggregationstillstånd. För fasta ämnen är det vanligaste basmåttet massa, för fasta ämnen och vätskor, volym. Detta beror på det faktum att fasta ämnen behåller sin form och slutliga dimensioner, flytande och gasformiga ämnen har inte ändliga dimensioner. Det speciella med varje gas är att avståndet mellan dess strukturella enheter - molekyler, atomer, joner - är många gånger större än samma avstånd i vätskor eller fasta ämnen. Till exempel upptar en mol vatten under normala förhållanden en volym på 18 ml - ungefär samma mängd får plats i en matsked. Volymen av en mol fint kristallint bordssalt är 58,5 ml, och volymen av 1 mol socker är 20 gånger mer än en mol vatten. Ännu mer utrymme krävs för gaser. En mol kväve under normala förhållanden upptar en volym som är 1240 gånger större än en mol vatten.
Således skiljer sig volymerna av gasformiga ämnen avsevärt från volymerna av flytande och fasta. Detta beror på skillnaden i avstånd mellan molekylerna av ämnen i olika aggregattillstånd.
Normala förhållanden
Tillståndet för en gas är starkt beroende av temperatur och tryck. Till exempel upptar kväve vid en temperatur på 20 ° C en volym på 24 liter och vid 100 ° C vid samma tryck - 30,6 liter. Kemister tog hänsyn till detta beroende, så det beslutades att reducera alla operationer och mätningar med gasformiga ämnen till normala förhållanden. Över hela världen är parametrarna för normala förhållanden desamma. För gasformiga kemikalier är dessa:
- Temperatur vid 0°C.
- Tryck vid 101,3 kPa.
För normala förhållanden accepteras en särskild förkortning - n.o. Ibland är denna beteckning inte skriven i uppgifter, då bör du noggrant läsa om villkoren för problemet och föra de givna gasparametrarna till normala förhållanden.
Beräkning av volymen av 1 mol gas
Som ett exempel är det lätt att beräkna en mol av vilken gas som helst, till exempel kväve. För att göra detta måste du först hitta värdet på dess relativa molekylvikt:
Mr (N2)=2x14=28.
Eftersom den relativa molekylmassan för ett ämne är numeriskt lika med molmassan, alltså M(N 2) \u003d 28 g / mol.
Empiriskt visade det sig att under normala förhållanden är densiteten av kväve 1,25 g / liter.
Låt oss ersätta detta värde i standardformeln som är känd från skolfysikkursen, där:
- V är volymen av gas;
- m är massan av gas;
- ρ är gasdensiteten.
Vi får att den molära volymen av kväve under normala förhållanden
V (N 2) \u003d 25 g / mol: 1,25 g / liter \u003d 22,4 l / mol.
Det visar sig att en mol kväve upptar 22,4 liter.
Om du utför denna operation med alla befintliga gasformiga ämnen kan du komma till en överraskande slutsats: volymen av vilken gas som helst under normala förhållanden är 22,4 liter. Oavsett vilken typ av gas vi pratar om, vad är dess struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper, kommer en mol av denna gas att uppta en volym på 22,4 liter.
Den molära volymen av en gas är en av de viktigaste konstanterna inom kemi. Denna konstant gör det möjligt att lösa många kemiska problem i samband med mätning av gasernas egenskaper under normala förhållanden.
Resultat
Molekylvikten hos gasformiga ämnen är viktig för att bestämma mängden av ett ämne. Och om forskaren vet mängden ämne av en viss gas, kan han bestämma massan eller volymen av en sådan gas. För samma del av ett gasformigt ämne är följande villkor uppfyllda samtidigt:
ν = m/ M ν= V/ V m.
Om vi tar bort konstanten ν kan vi likställa dessa två uttryck:
Så du kan beräkna massan av en del av ämnet och dess volym, och molekylvikten för ämnet som studeras blir känd. Genom att tillämpa denna formel kan volym-massaförhållandet enkelt beräknas. När man reducerar denna formel till formen M = m V m / V, kommer den molära massan av den önskade föreningen att bli känd. För att beräkna detta värde räcker det att känna till massan och volymen av gasen som studeras.
Man bör komma ihåg att en strikt överensstämmelse mellan den verkliga molekylvikten för ett ämne och den som hittas av formeln är omöjlig. Varje gas innehåller många föroreningar och tillsatser som gör vissa förändringar i dess struktur och påverkar bestämningen av dess massa. Men dessa fluktuationer gör ändringar i den tredje eller fjärde siffran efter decimalkomma i det hittade resultatet. Därför, för skoluppgifter och experiment, är resultaten som hittas ganska rimliga.
DEFINITION
Förhållandet mellan massan (m) av ett ämne och dess kvantitet (n) kallas ämnets molmassa:
Molmassa uttrycks vanligtvis i g/mol, mer sällan i kg/kmol. Eftersom en mol av vilket ämne som helst innehåller samma antal strukturella enheter, är ämnets molmassa proportionell mot massan av motsvarande strukturella enhet, dvs. relativ atommassa för ett givet ämne (M r):
där κ är proportionalitetskoefficienten, samma för alla ämnen. Relativ molekylvikt är en dimensionslös storhet. Den beräknas med hjälp av de relativa atommassorna för de kemiska grundämnena som anges i det periodiska systemet för D.I. Mendelejev.
Den relativa atommassan av atomärt kväve är 14,0067 amu. Dess relativa molekylvikt kommer att vara 14,0064, och molmassan kommer att vara:
M(N) = M r (N) x 1 mol = 14,0067 g/mol.
Det är känt att kvävemolekylen är diatomisk - N 2, då kommer den relativa atommassan för kvävemolekylen att vara lika med:
A r (N 2) = 14,0067 × 2 = 28,0134 amu
Den relativa molekylvikten för en kvävemolekyl kommer att vara 28,0134, och molmassan:
M(N 2) \u003d M r (N 2) × 1 mol \u003d 28,0134 g/mol eller helt enkelt 28 g/mol.
Kväve är en färglös gas som varken har lukt eller smak (atomstrukturen visas i fig. 1), dåligt löslig i vatten och andra lösningsmedel med mycket låga smältpunkter (-210 o C) och kokpunkter (-195,8 o C) .
Ris. 1. Kväveatomens struktur.
Det är känt att kväve i naturen kan vara i form av två isotoper 14 N (99,635%) och 15 N (0,365%). Dessa isotoper kännetecknas av ett annat innehåll av neutroner i en atoms kärna, och därmed av molär massa. I det första fallet kommer det att vara lika med 14 g / mol, och i det andra - 15 g / mol.
Molekylvikten för ett ämne i gasformigt tillstånd kan bestämmas med hjälp av konceptet för dess molära volym. För att göra detta, hitta volymen som upptas under normala förhållanden av en viss massa av ett givet ämne och beräkna sedan massan på 22,4 liter av detta ämne under samma förhållanden.
För att uppnå detta mål (beräkning av molmassan) är det möjligt att använda tillståndsekvationen för en idealgas (Mendeleev-Clapeyron-ekvationen):
där p är gastrycket (Pa), V är gasvolymen (m 3), m är ämnets massa (g), M är ämnets molmassa (g / mol), T är den absoluta temperaturen (K), R är den universella gaskonstanten lika med 8,314 J / (mol × K).
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
EXEMPEL 2
| Träning | Beräkna volymen kväve (normala förhållanden) som kan reagera med magnesium som väger 36 g. |
| Lösning | Vi skriver reaktionsekvationen för den kemiska interaktionen mellan magnesium och kväve: V eq1 och V eq2 - molära volymer av deras ekvivalenter. Genom att använda de övervägda stökiometriska lagarna är det möjligt att lösa ett brett spektrum av problem. Exempel på att lösa ett antal typiska uppgifter ges nedan. 3.3 Frågor för självkontroll1. Vad är stökiometri? 2. Vilka stökiometriska lagar känner du till? 3. Hur formuleras lagen om bevarande av ämnens massa? 4. Hur förklarar man giltigheten av lagen om bevarande av ämnens massa utifrån den atom-molekylära teorin? 5. Hur formuleras lagen om kompositionsbeständighet? 6. Formulera lagen för enkla volymetriska förhållanden. 7. Hur är Avogadros lag formulerad? 8. Formulera konsekvenserna av Avogadros lag. 9. Vad är molar volym? Vad är det lika med? 10. Vilken är den relativa densiteten för gaser? 11. Hur kan dess molära massa bestämmas, med kännedom om en gass relativa densitet? 12. Vilka parametrar kännetecknar gastillståndet? 13. Vilka enheter för massa, volym, tryck och temperatur känner du till? 14. Vad är skillnaden mellan Celsius och Kelvin temperaturskalor? 15. Vilka förhållanden i gastillståndet anses vara normala? 16. Hur kan volymen gas bringas till normala förhållanden? 17. Vad kallas motsvarigheten till ett ämne? 18. Vad är molmassan av ekvivalenten? 19. Hur bestäms ekvivalensfaktorn för a) oxid, b) syror, c) baser, d) salter? 20. Vilka formler kan användas för att beräkna ekvivalenten för a) oxid, b) syra, c) bas, d) salt? 21. Vilka formler kan användas för att beräkna molmassorna av ekvivalenter för a) oxid, b) syra, c) bas, d) salt? 22. Vad är den molära volymen av ekvivalenten? 23. Hur är lagen om ekvivalenter formulerad? 24. Vilka formler kan uttrycka ekvivalentlagen? 3.4. Tester för självkontroll på ämnet "Ekvivalent" Alternativ 11. Under samma förhållanden tas lika volymer av O 2 och C1 2. Vad är massförhållandet för båda gaserna? 1) m(O2) > m(Cl 2), 2) m(O2)< m(Cl 2), 3) m(O2) = m(Cl2). 2. Vad är värdet på den relativa densiteten av syre med avseende på väte? 1) 32, 2) 8, 3) 16, 4) 64. 3. Hur många mol ekvivalenter svavelsyra finns i 1 mol molekyler av detta ämne som deltar i den fullständiga neutraliseringsreaktionen? 1) 2, 2) 1, 3) 1/2, 4) 1/6, 5) 1/4. 4. Vad motsvarar järn(III)klorid i reaktionen FeCl3 + 3NaOH \u003d Fe (OH)3 + 3NaCl? 1) 1/2, 2) 1, 3) 1/3, 4) 1/4, 5) 1/6. 5. Hur stor är vikten av zink i gram, som måste tas för att frigöra väte med en volym på 5,6 liter under reaktionen med syra? 1) 65, 2) 32,5, 3) 16,25, 4) 3,25. Se sidan 26 för svar. Alternativ 21. Blandade lika volymer väte och klor. Hur kommer volymen på blandningen att förändras efter reaktionen? 1) kommer att öka med 2 gånger 2) kommer att minska med 2 gånger 3) kommer inte att förändras.2. Massan av en gas med en volym på 2,24 liter (under normala förhållanden) är 2,8 g. Vad är värdet på gasens relativa molekylvikt? 1) 14, 2) 28, 3) 28 G/mol, 4) 42.3. Under vilket tal är formeln för kväveoxid, molmassan av ekvivalenten kväve i vilken är 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. Under vilket tal är värdet på volymen väte i l vid n.o., som kommer att frigöras när 18 g av en metall löses i syra, vars molekvivalentmassa är 9? 1) 22,4, 2) 11,2, 3) 5,6, 4) 2,24. 5. Vad motsvarar hydroxidjärnnitrat (III) i reaktionen: Fe (NO 3) 3 + NaOH \u003d Fe (OH) 2 NO 3 + NaNO 3? 1) 1/4, 2) 1/6, 3) 1, 4) 1/2, 5) 1/3. Se sidan 26 för svar. Problem 80. Svar: Problem 81.
Svar: Problem 82. Här är R den universella gaskonstanten lika med 8,314J/(mol K); T är gastemperaturen, K; Р – gastryck, Pa; V är volymen av gas, m3; M är gasens molära massa, g/mol.
b) 1 mol av valfritt ämne innehåller 6,02 . 10 23 partiklar (atomer, molekyler), sedan beräknas massan av en molekyl från förhållandet:
Svar M = 28 g/mol; m = 4,65 . 10 -23 år Problem 83.
Densiteten av en gas i luft är lika med förhållandet mellan molmassan av en given gas och molmassan av luft:
Här är gasdensiteten i luft; - molär massa av gas; - luft (29 g/mol). Sedan
Problem 84.
Den molära massan av syre är 32g/mol. Sedan Svar: Problem 85. där m 1 /m 2 är den relativa densiteten för den första gasen i förhållande till den andra, betecknad med D. Därför, enligt problemets tillstånd:
Den molära massan av kväve är 28g/mol. Sedan b) 1 mol av någon gas under normala förhållanden (T \u003d 0 0 C och P \u003d 101,325 kPa) upptar en volym som är lika med 22,4 liter. Genom att känna till massan och volymen av gas under normala förhållanden, beräknar vi molär massa det genom att göra proportionen:
Svar: M (gas) = 34 g/mol. Problem 86. där m 1 /m 2 är den relativa densiteten för den första gasen i förhållande till den andra, betecknad med D. Därför, enligt problemets tillstånd:
Den molära massan av luft är 29g/mol. Sedan M1=D . M2 = 6,92 . 29 = 200,6 g/mol. Genom att veta att Ar (Hg) \u003d 200,6 g / mol, hittar vi antalet atomer (n) som utgör kvicksilvermolekylen:
Kvicksilvermolekylen består alltså av en atom. Svar: från en. Problem 87. där m 1 /m 2 är den relativa densiteten för den första gasen i förhållande till den andra, betecknad med D. Därför, enligt problemets tillstånd:
Den molära massan av kväve är 28g/mol. Då är svavelångans molmassa: M1=D . M2 = 9,14. 2 = 255,92 g/mol. När vi vet att Ar(S) = 32g/mol hittar vi antalet atomer (n) som utgör svavelmolekylen:
Således består svavelmolekylen av en atom. Svar: av åtta. Problem 88. Här är R den universella gaskonstanten lika med 8,314 J/(mol . TILL); T är gastemperaturen, K; Р – gastryck, Pa; V är volymen av gas, m 3; M är gasens molära massa, g/mol.
Svar: 58 g/mol. Problem 89. Att uttrycka dessa problem i SI-systemet av enheter (P = 10.4.104Pa; V = 6.24.10-4m3; m = 1.56.10-3kg; T = 290K) och ersätta dem i Clapeyron-Mendeleevs ekvation (ekvationstillstånd för en idealgas), finner vi gasens molära massa: Här är R den universella gaskonstanten lika med 8,314J/(mol K); T är gastemperaturen, K; Р – gastryck, Pa; V är volymen av gas, m 3; M är gasens molära massa, g/mol.
Svar: 58 g/mol.
>
Mest populär |
