Всеки човек знае, че телата около нас са изградени от атоми и молекули. Те имат различни форми и структури. При решаване на задачи по химия и физика често е необходимо да се намери масата на молекула. Разгледайте в тази статия няколко теоретични метода за решаване на този проблем.
Обща информация
Преди да помислите как да намерите масата на молекула, трябва да се запознаете със самата концепция. Ето няколко примера.
Молекула обикновено се нарича набор от атоми, които са обединени един с друг чрез един или друг вид химична връзка. Освен това те трябва и могат да се разглеждат като едно цяло в различни физични и химични процеси. Тези връзки могат да бъдат йонни, ковалентни, метални или ван дер Ваалс.
Добре познатата водна молекула има химичната формула H2O. Кислородният атом в него е свързан посредством полярни ковалентни връзки с два водородни атома. Тази структура определя много от физичните и химичните свойства на течната вода, лед и пара.
Природният газ метан е друг ярък представител на молекулярно вещество. Образуват се частиците мувъглероден атом и четири водородни атома (CH4). В пространството молекулите имат формата на тетраедър с въглерод в центъра.
Въздухът е сложна смес от газове, която се състои главно от кислородни молекули O2 и азот N2. И двата вида са свързани чрез силни двойни и тройни ковалентни неполярни връзки, което ги прави силно химически инертни.
Определяне на масата на молекула чрез нейната моларна маса
Периодичната таблица на химичните елементи съдържа голямо количество информация, сред която има атомни единици за маса (amu). Например, водороден атом има аму 1, а кислороден атом 16. Всяко от тези числа показва масата в грамове, която ще има система, съдържаща 1 мол атоми на съответния елемент. Припомнете си, че единицата за измерване на количеството вещество 1 мол е броят на частиците в системата, съответстващ на числото на Авогадро NA, то е равно на 6,0210 23
Когато разглеждат молекула, те използват концепцията не за аму, а за молекулно тегло. Последното е проста сума от a.m.u. за атомите, които изграждат молекулата. Например моларната маса за H2O ще бъде 18 g/mol, а за O2 32 g/mol. Като имате обща концепция, можете да продължите към изчисленията.
Моларната маса M е лесна за използване за изчисляване на масата на молекула m1. За да направите това, използвайте проста формула:
m1=M/NA.
В някои задачиможе да се даде масата на системата m и количеството материя в нея n. В този случай масата на една молекула се изчислява, както следва:
m1=m/(nNA).
Идеален газ
Тази концепция се нарича такъв газ, чиито молекули се движат произволно в различни посоки с висока скорост, не взаимодействат една с друга. Разстоянията между тях далеч надхвърлят собствените им размери. За такъв модел е верен следният израз:
PV=nRT.
Той се нарича закон на Менделеев-Клапейрон. Както можете да видите, уравнението свързва налягането P, обема V, абсолютната температура T и количеството вещество n. Във формулата R е газовата константа, числено равна на 8,314. Написаният закон се нарича универсален, защото не зависи от химическия състав на системата.
Ако са известни три термодинамични параметъра - T, P, V и стойността m на системата, тогава масата на идеалната газова молекула m1 не е трудно да се определи по следната формула:
m1=mRT/(NAPV).
Този израз може да се запише и чрез плътност на газа ρ и константа на Болцман kB:
m1=ρkBT/P.
Примерен проблем
Известно е, че плътността на някои газ е 1,225 kg/m3при атмосферно налягане 101325 Pa и температура 15 oC. Каква е масата на една молекула? За какъв газ говориш?
Защото са ни дадени налягане, плътност и температурасистема, тогава можете да използвате формулата, получена в предишния параграф, за да определите масата на една молекула. Имаме:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
За да отговорим на втория въпрос от задачата, нека намерим моларната маса M на газа:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Получената стойност на моларната маса съответства на газ въздух.
