Съставът на веществата е сложен, въпреки че са образувани от малки частици - атоми, молекули, йони. Много течности и газове, както и някои твърди вещества, имат молекулярна структура. Металите и много соли са съставени от атоми и заредени йони. Всички частици имат маса, дори и най-малката молекула. Масата на една молекула, ако се изрази в килограми, получава много малка стойност. Например, m (Н2О)=30 • 10-27 kg. Такива важни характеристики на вещество като масата и размера на микрочастиците отдавна са изследвани от физици и химици. Основите са положени в творчеството на Михаил Ломоносов и Джон Далтън. Помислете как са се променили възгледите за микросвета оттогава.
Идеите на Ломоносов за "тела"
Предположението за дискретната структура на материята е изразено от учените от древна Гърция. В същото време името "атом" е дадено на най-малката неделима частица от тела, "тухла" на Вселената. Големият руски изследовател М. В. Ломоносов пише за незначително малка частица от структурата на материята, неделима с физически средства - корпускула. По-късно, в трудовете на други учени, тя е наречена "молекула".
Масата на една молекула, както и нейните размери, се определят от свойствата на съставните й атоми. Дълго време учените не можеха да надникнат дълбоко в микросвета, което пречеше на развитието на химията и физиката. Ломоносов многократно призова колегите си да изучават и да разчитат в работата си на точни количествени данни – „мярка и тежест“. Благодарение на работата на руския химик и физик бяха положени основите на учението за структурата на материята, което стана неразделна част от хармоничната атомно-молекулярна теория.
Атомите и молекулите са "градивните елементи на вселената"
Дори микроскопично малките тела са сложни, имат различни свойства. Частици като атоми, образувани от слоевете на ядрото и електроните, се различават по броя на положителните и отрицателните заряди, радиуса и масата. Атомите и молекулите не съществуват в състава на веществата изолирано, те се привличат с различна сила. Ефектът на силите на привличане е по-забележим в твърдите тела, по-слаб - в течностите, почти не се усеща в газообразните вещества.
Химичните реакции не са придружени от разрушаване на атомите. Най-често се случва тяхното пренареждане, появява се друга молекула. Масата на една молекула зависи от това от какви атоми е образувана. Но с всички промени атомите остават химически неделими. Но те могат да бъдат част от различни молекули. В същото време атомите запазват свойствата на елемента, към който принадлежат. Молекулата, преди да се разпадне на атоми, запазва всички признаци на вещество.
Микрочастица от структурата на телата - молекула. Молекулна маса
За измерване на масата на макрообектите се използват инструменти, най-старият от които е везните. Резултатът от измерването се получава удобно в килограми, тъй като това е основната единица на международната система от физически величини (SI). За да се определи масата на молекула в килограми, е необходимо да се добавят атомните маси, като се вземе предвид броят на частиците. За удобство беше въведена специална единица за маса, атомната. Можете да го напишете като буквено съкращение (a.m.u.). Тази единица съответства на една дванадесета от масата на въглероден нуклид 12C.
Ако изразим намерената стойност в стандартни единици, получаваме 1,66 • 10-27 кг. Физиците основно оперират с толкова малки показатели за масата на телата. Статията съдържа таблица, от която можете да разберете на какво са равни масите на атомите на някои химични елементи. За да разберем каква е масата на една водородна молекула в килограми, умножаваме атомната маса на този химичен елемент, даден в таблицата, по две. В резултат получаваме стойността на масата на молекула, състояща се от два атома.
Относително молекулно тегло
Трудно е да се работи при изчисления с много малки стойности, неудобно е, води до отнемащи време, грешки. Що се отнася до масата на микрочастиците, изходът от трудната ситуация беше използването на относителни стойности. Терминът, познат на химиците, се състои от две думи - "атомна маса", обозначението му е Ar. Идентично понятие беше въведено за молекулно тегло (също като масата на молекула). Формула, свързваща две величини: Mr=m(v-va)/1/12 m(12C).
Не е необичайно да чуете хората да казват "молекулярно тегло". Този остарял термин все още се използва по отношение на масата на молекулата, но все по-рядко. Факт е, че теглото е друга физическа величина - сила, която зависи от географските координати на тялото. Напротив, масата служи като постоянна характеристика на частиците, които участват в химичните процеси и се движат с нормална скорост.
Как да определим масата на молекула
Точното определяне на теглото на една молекула се извършва с помощта на устройство - мас спектрометър. За решаване на проблеми можете да използвате информация от периодичната система. Например масата на кислородна молекула е 16 • 2=32. Нека направим прости изчисления и да намерим стойността на Mr(H2O) - относителното молекулно тегло на водата. Според периодичната таблица определяме, че масата на кислородния атом е 16, водорода - 1. Нека извършим прости изчисления: Mr(H2 O)=1 • 2 + 16=18, където Mr е молекулното тегло, H2O е молекулата на водата, H е символът за елемента водород, O е химическият знак кислород.
Изотопни маси
Химическите елементи в природата и технологиите съществуват под формата на няколко разновидности на атоми - изотопи. Всеки от тях има индивидуална маса, стойността му не може да има дробна стойност. Но атомната маса на химичен елемент най-често е число с няколко десетични знака. При изчисленията се вземат предвидразпространението на всеки вид в земната кора. Следователно масите на атомите в периодичната система не винаги са цели числа. Използвайки такива количества за изчисления, получаваме масите на молекулите, които също не са цели числа. В някои случаи е разрешено закръгляне на стойностите.
Молекулно тегло на немолекулните вещества
Повечето неорганични вещества нямат молекулярна структура. Металите се състоят от атоми, йони и свободни електрони, солите се състоят от катиони и аниони. За вещества с немолекулна структура масата на условните молекули също се изчислява по брутната формула, която отразява най-простия състав. Нека намерим стойността на Mr за вещество с йонна структура - готварска сол, чиято формула е NaCl. Mr=23 + 35,5=55,5 Някои изчисления изискват молекулното тегло на въздуха - смес от газове. Като се има предвид процентното съдържание на различни вещества в атмосферата, молекулното тегло на въздуха е 29.
Размер и маса на молекулите
В електронни микрографии на големи молекули могат да се видят отделни атоми, но те са толкова малки, че не се виждат в конвенционален микроскоп. Линейният размер на частица от всяко вещество, като масата, е постоянна характеристика. Диаметърът на една молекула зависи от радиусите на съставящите я атоми, тяхното взаимно привличане. Размерите на частиците се променят с увеличаване на броя на протоните и енергийните нива. Водородният атом е най-малкият по размер, радиусът му е само 0,5 • 10-8 см. Атомът на урана е три пъти по-голям от водородния атом. Истинските "гиганти" на микрокосмоса са молекулите на органичните вещества. Така,линейният размер на една от протеиновите частици е 44 • 10-8 виж
Да обобщим: масата на молекулите е сумата от масите на атомите, които ги изграждат. Абсолютната стойност в килограми може да се получи чрез умножаване на стойността на молекулното тегло, намерена в периодичната таблица по 1,66 • 10-27 kg.
Молекулите са незначителни в сравнение с макро-обектите. Например, по отношение на размера, водна молекула H2O е толкова по-малка от ябълка, колкото този плод е по-малък от нашата планета.
