Mindenki tudja, hogy a minket körülvevő testek atomokból és molekulákból állnak. Különböző formájúak és szerkezetűek. A kémia és a fizika feladatainak megoldása során gyakran meg kell találni egy molekula tömegét. Ebben a cikkben vegye figyelembe a probléma megoldásának számos elméleti módszerét.
Általános információ
Mielőtt fontolóra venné, hogyan találja meg a molekula tömegét, meg kell ismerkednie magával a fogalommal. Íme néhány példa.
A molekulát általában atomok halmazának nevezik, amelyeket egy vagy másik típusú kémiai kötés egyesít egymással. Ezenkívül a különféle fizikai és kémiai folyamatokban egy egésznek kell tekinteni őket. Ezek a kötések lehetnek ionosak, kovalensek, fémesek vagy van der Waals kötések.
A jól ismert vízmolekula kémiai képlete H2O. A benne lévő oxigénatom poláris kovalens kötések révén kapcsolódik két hidrogénatomhoz. Ez a szerkezet meghatározza a folyékony víz, a jég és a gőz számos fizikai és kémiai tulajdonságát.
A földgáz-metán a molekuláris anyagok másik fényes képviselője. A részecskéi keletkeznekegy szénatom és négy hidrogénatom (CH4). A térben a molekulák tetraéder alakúak, közepén szénnel.
A levegő gázok összetett keveréke, amely főleg O2 oxigénmolekulákból és N2 nitrogénből áll. Mindkét típust erős kettős és hármas kovalens nempoláris kötés köti össze, ami kémiailag rendkívül inertté teszi őket.
Molekula tömegének meghatározása a moláris tömeg alapján
A kémiai elemek periódusos táblázata nagy mennyiségű információt tartalmaz, amelyek között vannak atomtömeg-egységek (amu). Például egy hidrogénatom amu-ja 1, az oxigénatomé pedig 16. Ezen számok mindegyike azt a tömeget jelöli grammban, amely a megfelelő elem 1 mol atomját tartalmazó rendszerrel rendelkezik. Emlékezzünk vissza, hogy az 1 mol anyagmennyiség mértékegysége a részecskék száma a rendszerben, ami megfelel az Avogadro-számnak NA, ez egyenlő 6,0210 23.
Amikor egy molekulát vizsgálnak, nem az amu, hanem a molekulatömeg fogalmát használják. Ez utóbbi az a.m.u egyszerű összege. a molekulát alkotó atomok számára. Például a H2O moláris tömege 18 g/mol, az O2 esetében pedig 32 g/mol. Ha van egy általános koncepció, akkor folytathatja a számításokat.
Az M moláris tömeg könnyen használható az m1 molekula tömegének kiszámításához. Ehhez használjon egy egyszerű képletet:
m1=M/NA.
Bizonyos feladatokbanaz m rendszer tömege és a benne lévő anyag mennyisége n megadható. Ebben az esetben egy molekula tömegét a következőképpen számítjuk ki:
m1=m/(nNA).
Ideális gáz
Ezt a fogalmat olyan gáznak nevezik, amelynek molekulái véletlenszerűen, nagy sebességgel különböző irányokba mozognak, nem lépnek kölcsönhatásba egymással. A köztük lévő távolságok messze meghaladják saját méretüket. Egy ilyen modellre a következő kifejezés igaz:
PV=nRT.
Mengyelejev-Clapeyron törvénynek hívják. Amint látható, az egyenlet összefügg a P nyomással, a V térfogattal, a T abszolút hőmérséklettel és az n anyag mennyiségével. A képletben R a gázállandó, számszerűen egyenlő 8,314. Az írott törvényt univerzálisnak nevezzük, mert nem függ a rendszer kémiai összetételétől.
Ha három termodinamikai paraméter ismert - T, P, V és a rendszer m értéke, akkor egy ideális gázmolekula tömegét m1nem nehéz meghatározni. a következő képlettel:
m1=mRT/(NAPV).
Ez a kifejezés felírható ρ gázsűrűség és Boltzmann-állandó kB:
m1=ρkBT/P.
Példaprobléma
Ismert, hogy egyes gázok sűrűsége 1,225 kg/m3101325 Pa légköri nyomáson és 15 oC. Mekkora a molekula tömege? Milyen gázról beszélsz?
Mert megadjuk a nyomást, a sűrűséget és a hőmérsékletetrendszert, akkor az előző bekezdésben kapott képlet segítségével meghatározhatja egy molekula tömegét. Nálunk:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
A feladat második kérdésének megválaszolásához keressük meg a gáz M moláris tömegét:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
A kapott moláris tömeg a gázlevegőnek felel meg.
