Formule za izračunavanje mase molekula, primjer problema

Svi znaju da se tijela oko nas sastoje od atoma i molekula. Imaju drugačiji oblik i strukturu. Prilikom rješavanja problema u hemiji i fizici često je potrebno pronaći masu molekula. U ovom ćemo članku razmotriti nekoliko teorijskih metoda za rješavanje ovog problema.

Opće informacije

Prije nego razmislite kako pronaći masu molekula, trebali biste se upoznati sa samim konceptom. Evo nekih primjera.

Molekul se obično naziva skupom atoma koji su međusobno Ujedinjeni nekom vrstom hemijske veze. Oni bi također trebali i mogu se smatrati cjelinom u različitim fizičko-hemijskim procesima. Ove veze mogu biti jonske, kovalentne, metalne ili Vandervalne prirode.

Poznati molekul vode ima hemijsku formulu H₂O. Atom kiseonika u njemu povezan je polarnim kovalentnim vezama sa dva atoma vodonika. Ova struktura određuje mnoga fizička i hemijska svojstva tečne vode, leda i pare.

Prirodni plin metan je još jedan svijetli predstavnik molekularne supstance. Njegove čestice formiraju atom ugljika i četiri atoma vodonika (CH₄). U prostoru molekula imaju oblik tetraedra sa ugljenikom u centru.

Vazduh je složena mešavina gasova, koja se uglavnom sastoji od molekula kiseonika O₂ i azot N₂. Oba tipa su povezana jakim dvostrukim i trostrukim kovalentnim nepolarnim vezama, što uzrokuje njihovu visoku hemijsku inerciju.

Određivanje mase molekula kroz njegovu molarnu masu

Periodni sistem hemijskih elemenata sadrži veliku količinu informacija, među kojima postoje atomske jedinice mase (a.e.m.). Na primjer, atom vodonika ima a.e.m., jednako 1, a atom kiseonika - 16. Svaka od ovih brojki prikazuje masu u gramima koju će imati sistem koji sadrži 1 mol atoma odgovarajućeg elementa. Podsjetimo da je mjerna jedinica količine supstance 1 mol broj čestica u sistemu koji odgovara Avogadro broju N_A, to je jednako 6,02*10²³.

Kada razmatraju molekul, oni koriste koncept not a.e.m., ali molekularna masa. Ovo posljednje je jednostavan zbir a.e.m. za atome koji čine molekul. Na primjer, molarna masa za H₂O biće jednako 18 g / mol, a za O₂ - 32 g / mol. Onda imaju opšti koncept možete nastaviti za kalkulacije.

Molarna masa M je jednostavna za izračunavanje mase molekula m₁. Da biste to učinili, upotrijebite jednostavnu formulu:

m₁ = M / N_A.

U nekim problemima može se dati masa sistema m i količina materije u njemu n. U ovom slučaju , masa jednog molekula izračunava se na sljedeći način:

m₁ = m / (n * N_A).

Idealni gas

Ovaj koncept naziva se takav plin, čiji se molekuli nasumično kreću u različitim smjerovima velikom brzinom, ne stupaju u interakciju jedni s drugima. Udaljenosti između njih daleko premašuju njihove vlastite dimenzije. Za takav model ispada da je sljedeći izraz istinit:

P * V = n * R * T.

Zove se Mendeljejev-Klapejronski zakon. Kao što se vidi, jednačina povezuje pritisak P, zapreminu V, i apsolutna temperatura T i količina supstance n. U Formuli R je gasna konstanta, brojčano jednaka 8.314. Pisani Zakon se naziva univerzalnim jer ne zavisi od hemijskog sastava sistema.

Ako su poznata tri termodinamička parametra - T, P, V i vrijednost m sistema, tada masa idealnog molekula gasa m₁ nije teško odrediti po sljedećoj formuli:

m₁ = m * R * T/(N_A* P * V).

Ovaj izraz se takođe može napisati u smislu gustine gasa p i Boltzmannove konstante k_B:

m₁ = p * k_B* T / P.

Primjer zadatka

Poznato je da je gustina nekog gasa 1.225 kg /^m3 pri atmosferskom pritisku od 101325 Pa i temperaturi od 15 ^oC. , koja je masa molekula? O kakvom gasu govorimo??

Pošto nam je dat pritisak, gustina i temperatura sistema, možemo koristiti formulu dobijenu u prethodnom paragrafu za određivanje mase jednog molekula. Imamo:

m₁ = ρ*k_B* T / P;

m₁ = 1,225*1,38*10^-23*288,15/101325 = 4,807*10^-26 kg.

Da bismo odgovorili na drugo pitanje problema, nalazimo molarnu masu m gasa:

M = m₁* N_A;

M = 4.807*10^-26*6,02*10²³ = 0,029 kg / mol.

Rezultirajuća vrijednost molarne mase odgovara plinskom zraku.