Anyagok relatív atom- és molekulatömege. Relatív atom- és molekulatömegek

A világ vegyészei nagyon szépen és tömören tükrözik az egyszerű és összetett anyagok összetételét kémiai képletek formájában. A kémiai képletek a betűkkel - jelekkel írt szavak analógjai kémiai elemek.

Vegyi szimbólumokkal fejezzük ki a Földön legelterjedtebb anyag, a víz összetételét. Egy vízmolekula két hidrogénatomot és egy oxigénatomot tartalmaz. Most fordítsuk le ezt a mondatot kémiai képletre kémiai szimbólumok segítségével (hidrogén - H és oxigén - O). Az atomok számát a képletben indexekkel írjuk be - a vegyjel jobb alsó sarkában található számok (az 1-es index nem oxigénre van írva): H 2 0 (olvasd: „hamu-két-o”).

Az egyszerű anyagok, hidrogén és oxigén képletei, amelyek molekulái két azonos atomból állnak, a következőképpen vannak felírva: H 2 ("hamu-kettő") és 0 2 (értsd: "o-kettő") (26. ábra).

Rizs. 26.
Oxigén, hidrogén és víz molekulák modelljei és képletei

A molekulák számának tükrözéséhez használja a korábban leírt együtthatókat kémiai képletek: Például a 2CO 2 jelölés (értsd: „two-ce-o-two”) két szén-dioxid-molekulát jelent, amelyek mindegyike egy szénatomból és két oxigénatomból áll.

Hasonlóképpen írjuk az együtthatókat egy kémiai elem szabad atomjainak számának megadásakor. Például fel kell írnunk a kifejezést: öt vasatom és hét oxigénatom. Ez a következőképpen történik: 5Fe és 7O.

A molekulák, és még inkább az atomok méretei olyan kicsik, hogy még a legjobb, 5-6 ezerszeres nagyítást biztosító optikai mikroszkóppal sem láthatóak. Még a 40 ezerszeres nagyítást biztosító elektronmikroszkópban sem láthatóak. Természetesen a molekulák és atomok elhanyagolható mérete megfelel elhanyagolható tömegüknek. A tudósok kiszámolták például, hogy a hidrogénatom tömege 0,000 000 000 000 000 000 000 001 674 g, ami 1,674 10 -24 g-ként ábrázolható, az oxigénatom tömege pedig 0,000 000 000 000 000 026 667 g vagy 2,6667 10 -23 g, a szénatom tömege 1,993 10 -23 g, a vízmolekula tömege 3,002 10 -23 g.

Számítsuk ki, hogy egy oxigénatom tömege hányszor nagyobb, mint a hidrogénatom, a legkönnyebb elem tömege:

Hasonlóképpen, a szénatom tömege 12-szer nagyobb, mint a hidrogénatom tömege:

Rizs. 27. Egy szénatom tömege 12 hidrogénatom tömegével egyenlő

A vízmolekula tömege 18-szor nagyobb, mint a hidrogénatom tömege (28. ábra). Ezek az értékek azt mutatják, hogy egy adott kémiai elem atomjának tömege hányszor nagyobb, mint egy hidrogénatom tömege, azaz relatívak.

Rizs. 27. Egy vízatom tömege 18 hidrogénatom tömegével egyenlő

Jelenleg a fizikusok és kémikusok azon a véleményen vannak, hogy a relatív atomtömeg Egy elem egy olyan érték, amely azt jelzi, hogy atomjának tömege hányszor nagyobb, mint egy szénatom tömegének 1/12-e. A relatív atomtömeget Ar-val jelöljük, ahol r a kezdőbetű angol szó relatív, ami „rokon”-ot jelent. Például A r (0) = 16, A r (C) = 12, A r (H) = 1.

Minden kémiai elemnek megvan a maga relatív atomtömeg-értéke (29. ábra). A kémiai elemek relatív atomtömegének értékei a D.I. Mengyelejev-táblázat megfelelő celláiban vannak feltüntetve.

Rizs. 29.
Minden elemnek megvan a maga relatív atomtömege

Hasonlóképpen egy anyag relatív molekulatömegét M r-rel jelöljük, például M r (H 2 0) = 18.

Az A r elem relatív atomtömege és egy M r anyag relatív molekulatömege olyan mennyiség, amelynek nincs mértékegysége.

Egy anyag relatív molekulatömegének meghatározásához nem szükséges elosztani a molekula tömegét a hidrogénatom tömegével. Csak össze kell adnia az anyagot alkotó elemek relatív atomtömegét, figyelembe véve az atomok számát, például:

A kémiai képlet tartalmaz fontos információ az anyagról. Például a C0 2 képlet a következő információkat mutatja:

Számítsuk ki a szén és az oxigén elemek tömeghányadát a szén-dioxid CO 2 -ben.

Kulcsszavak és kifejezések

1. Kémiai formula.
2. Indexek és együtthatók.
3. Relatív atomtömeg (A r).
4. Relatív molekulatömeg (Mr).
5. Tömegtört elem egy anyagban.

Dolgozzon számítógéppel

1. Lásd az elektronikus jelentkezést. Tanulmányozza át az óra anyagát, és hajtsa végre a kijelölt feladatokat.
2. Keressen olyan e-mail címeket az interneten, amelyek további forrásként szolgálhatnak, amelyek felfedik a bekezdésben szereplő kulcsszavak és kifejezések tartalmát. Ajánlja fel a tanárnak segítségét egy új óra előkészítésében - készítsen jelentést a következő bekezdés kulcsszavairól és kifejezéseiről.

Kérdések és feladatok

1. Mit jelentenek a bejegyzések: 3H; 2H 2O; 5O2?
2. Írja le a szacharóz képletét, ha tudja, hogy molekulája tizenkét szénatomot, huszonkét hidrogénatomot és tizenegy oxigénatomot tartalmaz.
3. A 2. ábra segítségével írja le az anyagok képleteit és számítsa ki relatív molekulatömegüket!
4. Az oxigén kémiai elem létezésének melyik formája felel meg a következő bejegyzések mindegyikének: 3O; 5O2; 4CO2?
5. Miért nincs mértékegysége egy elem relatív atomtömegének és egy anyag relatív molekulatömegének?
6. Az SO 2 és SO 3 képletű anyagok közül melyikben van nagyobb a kén tömegaránya? Számításokkal erősítse meg válaszát.
7. Számítsa ki az elemek tömeghányadát salétromsavban HNO 3!
8. Adni teljes leírás glükóz C 6 H 12 0 6, a C0 2 szén-dioxid leírásának példájával.

Az egyik a legfontosabb jellemzőket az atomok az övé súly.

Az abszolút tömeg az atom tömege, kilogrammban (grammban) kifejezve.

Abszolút atomtömeg ( m a térfogat) értéke rendkívül kicsi. Így a hidrogén könnyű izotópjának (protium) atomjának tömege 1,66 × 10 –27 kg.

m(N) = 1,66 10–27 kg, m(H) = 1,66 10-24 g,

az egyik oxigénizotóp atomjának tömege 2,67 ± 26 kg,

m(O) = 2,67 10–26 kg, m(RÓL RŐL) = 2,67 10–23 g,

a 12 C szénizotóp atomjának tömege 1,99 10–26 kg,

m(C) = 1,99 10–26 kg, m(C) = 1,99 10-23 g.

A gyakorlati számításokban rendkívül kényelmetlen ilyen mennyiségeket használni. Ezért általában nem az atomok abszolút tömegét, hanem az értékeket használják relatív atomtömegek.

A relatív atomtömeget jelöljük Ar, index r – az angol szó kezdőbetűje relatív, ami relatívt jelent.

Az atomok és molekulák tömegének mérésére használt mértékegység a atomtömeg egység (a.m.u.).

Az atomtömeg-egység (amu) a 12 C szénizotóp egy atomjának tömegének 1/12-e, azaz.

a.e.m. = = · 1,99 · 10 –26 kg = · 1,99 · 10 –23 g.

A relatív atomtömeg azt mutatja meg, hogy egy adott elem atomjának tömege hányszor nagyobb, mint a 12 C szénizotóp egy atomjának tömegének 1/12-e, azaz egy atomtömeg-egység.

A relatív atomtömeg dimenzió nélküli mennyiség, de az értéke atomtömeg egységben (amu) is megadható. Például:

Így a hidrogén elem relatív atomtömege 1,001 vagy kerek számokban

Аr(Н) ≈ 1 amu, és oxigén – Аr(O) = 15,999 ≈ 16 amu.

Az elemek relatív atomtömegének értékei a D.I. periodikus rendszerében vannak megadva. Mengyelejev. Ezek az értékek bármely elem atomjának tömegének átlagos értékét jelentik, figyelembe véve ennek az elemnek a természetben létező izotópjait és azok mennyiségét. A szokásos számításokhoz az elemek relatív atomtömegének kerekített értékeit kell használni. (lásd a melléklet 4. táblázatát).

Az abszolút atomtömeg és a relatív atomtömeg fogalmaihoz hasonlóan megfogalmazhatjuk a fogalmakat abszolút molekulatömeg és relatív molekulatömeg.

Abszolút molekulatömeg(m) mol. – molekulatömeg vegyi anyag, kilogrammban (grammban) kifejezve.

Relatív molekulatömeg(Mr) (vagy csak molekulatömeg) - a molekula tömege, atomtömeg egységekben kifejezve.

Egy vegyület kémiai képletének ismeretében könnyen meghatározhatja molekulatömegének értékét, amelyet az anyag molekuláját alkotó összes elem atomtömegének összegeként határozzuk meg.

Például az Mr(H 2 SO 4) kénsav relatív molekulatömege a hidrogén elem két relatív atomtömegének, a kén elem egy relatív atomtömegének és az oxigén elem négy relatív atomtömegének az összege lesz:

Mr(H2SO4) = 2Ar (H) + Аr (S) + 4Аr(O) = 2 1 + 32 + 4 16 = 98.

Így a kénsav molekulatömege 98 vagy 98 amu.

A molekulatömeg (relatív molekulatömeg) azt mutatja meg, hogy egy adott anyag molekulájának tömege hányszor nagyobb, mint egy 12 C szénatom tömegének 1/12-e.

A fenti példában a kénsav molekulatömege 98 amu, azaz egy kénsavmolekula tömege 98-szor nagyobb, mint egy 12 szénatomos szénatom tömegének 1/12-e. .

Egy atom tömegének mérésére a relatív atomtömeget használjuk, amelyet atomtömeg egységekben (amu) fejeznek ki. A relatív molekulatömeget az anyagok relatív atomtömege alkotja.

Fogalmak

Ahhoz, hogy megértsük, mi a relatív atomtömeg a kémiában, meg kell értenünk, hogy egy atom abszolút tömege túl kicsi ahhoz, hogy grammban fejezzük ki, sokkal kevésbé kilogrammban. Ezért be modern kémia A szén tömegének 1/12-ét vesszük atomtömeg-egységnek (amu). A relatív atomtömeg egyenlő az abszolút tömeg és a szén abszolút tömegének 1/12 arányával. Más szóval, a relatív tömeg azt tükrözi, hogy egy adott anyag atomjának tömege hányszor haladja meg a szénatom tömegének 1/12-ét. Például a nitrogén relatív tömege 14, azaz. A nitrogénatom 14 a-t tartalmaz. e.m. vagy 14-szer több, mint 1/12 szénatom.

Rizs. 1. Atomok és molekulák.

Az összes elem közül a hidrogén a legkönnyebb, tömege 1 egység. A legnehezebb atomok tömege 300 a. eszik.

A molekulatömeg egy olyan érték, amely azt jelzi, hogy egy molekula tömege hányszor haladja meg a szén tömegének 1/12-ét. Szintén kifejezve a. e.m. Egy molekula tömegét az atomok tömege alkotja, ezért a relatív molekulatömeg kiszámításához össze kell adni az anyag atomjainak tömegét. Például a víz relatív molekulatömege 18. Ez az érték két hidrogénatom (2) és egy oxigénatom (16) relatív atomtömegének összege.

Rizs. 2. Szén a periódusos rendszerben.

Amint látható, ennek a két fogalomnak több közös jellemzője van:

• az anyag relatív atom- és molekulatömege dimenzió nélküli mennyiségek;
• a relatív atomtömeget Ar-nak jelöljük, a molekulatömeget - Mr;
• A mértékegység mindkét esetben azonos - a. eszik.

A moláris és a molekulatömeg számszerűen megegyezik, de méretükben különböznek. A moláris tömeg az anyag tömegének a mólszámhoz viszonyított aránya. Egy mól tömegét tükrözi, ami megegyezik Avogadro számával, azaz. 6,02 ⋅ 10 23 . Például 1 mol víz tömege 18 g/mol, és M r (H 2 O) = 18 a. e.m (18-szor nehezebb, mint egy atomtömeg egység).

Hogyan kell számolni

A relatív atomtömeg matematikai kifejezéséhez meg kell határozni, hogy a szén 1/2 része vagy egy atomtömeg-egység egyenlő 1,66⋅10 -24 g-val, ezért a relatív atomtömeg képlete a következő:

A r (X) = m a (X) / 1,66⋅10 -24,

ahol m a az anyag abszolút atomtömege.

A kémiai elemek relatív atomtömege Mengyelejev periódusos rendszerében van feltüntetve, így a feladatok megoldása során nem kell önállóan számolni. A relatív atomtömegeket általában egész számokra kerekítik. A kivétel a klór. Atomainak tömege 35,5.

Meg kell jegyezni, hogy az izotópokkal rendelkező elemek relatív atomtömegének kiszámításakor az átlagos értéküket veszik figyelembe. Az atomtömeget ebben az esetben a következőképpen számítjuk ki:

A r = ΣA r,i n i ,

ahol A r,i az izotópok relatív atomtömege, n i az izotóp tartalma természetes keverékekben.

Például az oxigénnek három izotópja van - 16 O, 17 O, 18 O. Relatív tömegük 15,995, 16,999, 17,999, és tartalmuk a természetes keverékekben 99,759%, 0,037%, 0,204%. A százalékokat 100-zal elosztva és az értékeket behelyettesítve a következőket kapjuk:

A r = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 amu

A periódusos rendszerre hivatkozva könnyű megtalálni ezt az értéket az oxigéncellában.

Rizs. 3. Periódusos rendszer.

A relatív molekulatömeg egy anyag atomjainak tömegének összege:

A relatív molekulatömeg érték meghatározásakor a szimbólum indexeket veszik figyelembe. Például a H 2 CO 3 tömegének kiszámítása a következő:

M r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 a. eszik.

A relatív molekulatömeg ismeretében kiszámolhatja az egyik gáz relatív sűrűségét a másodikból, pl. határozza meg, hogy egy gáznemű anyag hányszor nehezebb, mint a második. Ehhez használja a D (y) x = M r (x) / M r (y) egyenletet.

Mit tanultunk?

A 8. osztályos órától a relatív atom- és molekulatömegről tanultunk. A relatív atomtömeg mértékegysége a szén tömegének 1/12-e, ami egyenlő 1,66⋅10 −24 g A tömeg kiszámításához el kell osztani az anyag abszolút atomtömegét az atomtömeg mértékegységével (amu). A relatív atomtömeg értéket adjuk meg periódusos táblázat Mengyelejev minden elem cellában. Egy anyag molekulatömege az elemek relatív atomtömegének összege.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.6. Összes értékelés: 177.

Az atomok és molekulák relatív tömegét a táblázatban megadott D.I. Mengyelejev atomtömeg-értékei. Ugyanakkor az oktatási célú számítások elvégzésekor az elemek atomtömegének értékeit általában egész számokra kerekítik (kivéve a klórt, amelynek atomtömege 35,5).

1. példa A kalcium relatív atomtömege A r (Ca) = 40; A platina relatív atomtömege A r (Pt) = 195.

Egy molekula relatív tömegét az adott molekulát alkotó atomok relatív atomtömegének összegeként számítjuk ki, figyelembe véve az anyag mennyiségét.

2. példa A kénsav relatív moláris tömege:

Mr (H2SO4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2 · 1 + 32 + 4· 16 = 98.

Az atomok és molekulák abszolút tömegét úgy kapjuk meg, hogy 1 mól anyag tömegét elosztjuk Avogadro-számmal.

3. példa Határozza meg egy kalciumatom tömegét!

Megoldás. A kalcium atomtömege A r (Ca) = 40 g/mol. Egy kalcium atom tömege egyenlő lesz:

m(Ca)=Ar(Ca):NA=40:6,02 · 10 23 = 6,64· 10-23 év

4. példa Határozza meg egy molekula kénsav tömegét!

Megoldás. A kénsav moláris tömege M r (H 2 SO 4) = 98. Egy molekula tömege m (H 2 SO 4) egyenlő:

m(H2SO4) = Mr (H2SO4): NA = 98:6,02 · 10 23 = 16,28· 10-23 év

2.10.2. Az anyag mennyiségének kiszámítása, valamint az atomi és molekuláris részecskék számának kiszámítása ismert tömeg- és térfogatértékekből

Egy anyag mennyiségét úgy határozzuk meg, hogy a grammban kifejezett tömegét elosztjuk atom (mól) tömegével. A nulla szinten lévő gáz halmazállapotú anyag mennyiségét úgy kapjuk meg, hogy térfogatát elosztjuk 1 mol gáz (22,4 l) térfogatával.

5. példa Határozza meg 57,5 ​​g fémnátriumban lévő n(Na) nátrium-anyag mennyiségét.

Megoldás. A nátrium relatív atomtömege A r (Na) = 23. Az anyag mennyiségét úgy kapjuk meg, hogy a nátrium-fém tömegét elosztjuk annak atomtömegével:

n(Na)=57,5:23=2,5 mol.

6. példa. Határozza meg a nitrogénanyag mennyiségét, ha térfogata normál körülmények között. 5,6 l.

Megoldás. A nitrogén anyag mennyisége n(N 2) térfogatát elosztva 1 mol gáz térfogatával (22,4 l):

n(N2)=5,6:22,4=0,25 mol.

Az anyagban lévő atomok és molekulák számát úgy határozzuk meg, hogy az atomok és molekulák anyagmennyiségét megszorozzuk Avogadro-számmal.

7. példa Határozza meg az 1 kg vízben található molekulák számát!

Megoldás. A vízanyag mennyiségét úgy kapjuk meg, hogy a tömegét (1000 g) elosztjuk a moláris tömegével (18 g/mol):

n(H20)=1000:18=55,5 mol.

A molekulák száma 1000 g vízben:

N(H20)=55,5 · 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .

8. példa Határozza meg az atomok számát 1 liter (n.s.) oxigénben!

Megoldás. Az oxigén anyag mennyisége, amelynek térfogata normál körülmények között 1 liter, egyenlő:

n(O2)=1:22,4=4,46 · 10-2 mol.

Az oxigénmolekulák száma 1 literben (n.s.) a következő lesz:

N(O2)=4,46 · 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .

Megjegyzendő, hogy 26.9 · Környezeti körülmények között 1 liter gáz 10 22 molekulát tartalmaz. Mivel az oxigénmolekula kétatomos, az oxigénatomok száma 1 literben 2-szer nagyobb lesz, pl. 5.38 · 10 22 .

2.10.3. Gázelegy átlagos moláris tömegének és térfogatrészének kiszámítása
a benne lévő gázok

A gázkeverék átlagos moláris tömegét a keveréket alkotó gázok moláris tömege és térfogatarányai alapján számítják ki.

9. példa Feltételezve, hogy a levegő nitrogén-, oxigén- és argontartalma (térfogatszázalékban) 78, 21 és 1, számítsa ki a levegő átlagos moláris tömegét.

Megoldás.

M levegő = 0,78 · Mr (N2)+0,21 · Mr(02)+0,01 · Mr(Ar)=0,78 · 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96

Vagy körülbelül 29 g/mol.

10. példa A gázkeverék 12 l NH 3-at, 5 l N 2 -t és 3 l H 2 -t tartalmaz, mérve a sz. Számítsa ki a gázok térfogati hányadát ebben a keverékben és átlagos moláris tömegét!

Megoldás. A gázelegy teljes térfogata V=12+5+3=20 liter. A gázok j térfogati hányada egyenlő lesz:

φ(NH3)=12:20=0,6; φ(N2)=5:20=0,25; φ(H2)=3:20=0,15.

Az átlagos moláris tömeget a keveréket alkotó gázok térfogati hányada és molekulatömege alapján számítják ki:

M=0,6 · M(NH3)+0,25 · M(N2)+0,15 · M(H2)=0,6 · 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.

2.10.4. Egy kémiai elem tömeghányadának kiszámítása kémiai vegyületben

Egy kémiai elem ω tömeghányadát úgy definiáljuk, mint egy adott anyag adott tömegében lévő adott X elem atomja tömegének az m anyag tömegéhez viszonyított arányát. A tömegtört dimenzió nélküli mennyiség. Az egység törtrészében van kifejezve:

ω(X) = m(X)/m (0<ω< 1);

vagy százalékban

ω(X),%= 100 m(X)/m (0%<ω<100%),

ahol ω(X) az X kémiai elem tömeghányada; m(X) – az X kémiai elem tömege; m az anyag tömege.

11. példa Számítsa ki a mangán tömeghányadát mangán (VII)-oxidban.

Megoldás. Az anyagok moláris tömege: M(Mn) = 55 g/mol, M(O) = 16 g/mol, M(Mn 2 O 7) = 2M(Mn) + 7M(O) = 222 g/mol . Ezért az Mn 2 O 7 tömege 1 mol anyagmennyiséggel:

m(Mn2O7) = M(Mn2O7) · n(Mn2O7) = 222 · 1 = 222 g.

Az Mn 2 O 7 képletből az következik, hogy a mangánatomok anyagmennyisége kétszerese a mangán (VII)-oxid anyagmennyiségének. Eszközök,

n(Mn) = 2n(Mn 2O 7) = 2 mol,

m(Mn)=n(Mn) · M(Mn) = 2 · 55 = 110 g.

Így a mangán tömeghányada a mangán(VII)-oxidban egyenlő:

ω(X)=m(Mn): m(Mn207)=110:222=0,495 vagy 49,5%.

2.10.5. A kémiai vegyület képletének megállapítása elemi összetétele alapján

Az anyag legegyszerűbb kémiai képletét az anyag összetételében szereplő elemek tömeghányadainak ismert értékei alapján határozzák meg.

Tegyük fel, hogy van egy m o g tömegű Na x P y O z anyagminta. Nézzük meg, hogyan határozható meg a kémiai képlete, ha az elemek atomjainak anyagmennyiségei, tömegei vagy tömegrészei a az anyag ismert tömege ismert. Egy anyag képletét a következő összefüggés határozza meg:

x: y: z = N(Na):N(P):N(O).

Ez az arány nem változik, ha minden tagot elosztunk Avogadro számával:

x: y: z = N(Na)/N A: N(P)/NA: N(O)/NA = ν(Na) : ν(P) : ν(O).

Tehát egy anyag képletének megtalálásához ismerni kell az azonos tömegű atomok anyagmennyisége közötti kapcsolatot:

x: y: z = m(Na)/Mr(Na): m(P)/Mr(P): m(O)/Mr(O).

Ha az utolsó egyenlet minden tagját elosztjuk a minta m o tömegével, akkor olyan kifejezést kapunk, amely lehetővé teszi az anyag összetételének meghatározását:

x: y: z = ω(Na)/Mr(Na): ω(P)/Mr(P): ω(O)/Mr(O).

12. példa Az anyag 85,71 tömeg%-ot tartalmaz. % szén és 14,29 tömeg% % hidrogén. Moláris tömege 28 g/mol. Határozza meg ennek az anyagnak a legegyszerűbb és valódi kémiai képletét!

Megoldás. A C x H y molekulában lévő atomok száma közötti összefüggést úgy határozzuk meg, hogy az egyes elemek tömeghányadát elosztjuk az atomtömegükkel:

x:y = 85,71/12:14,29/1 = 7,14:14,29 = 1:2.

Így az anyag legegyszerűbb képlete a CH 2. Egy anyag legegyszerűbb képlete nem mindig esik egybe a valódi képletével. Ebben az esetben a CH2 képlet nem felel meg a hidrogénatom vegyértékének. A valódi kémiai képlet meghatározásához ismerni kell egy adott anyag moláris tömegét. Ebben a példában az anyag moláris tömege 28 g/mol. 28-at elosztva 14-gyel (a CH 2 képletegységnek megfelelő atomtömegek összege) megkapjuk a valódi összefüggést a molekulában lévő atomok száma között:

Megkapjuk az anyag valódi képletét: C 2 H 4 - etilén.

A gáz-halmazállapotú anyagok és gőzök moláris tömege helyett a problémafelvetés bizonyos gáz vagy levegő sűrűségét jelezheti.

A vizsgált esetben a gáz sűrűsége levegőben 0,9655. Ezen érték alapján a gáz moláris tömege meghatározható:

M = M levegő · D levegő = 29 · 0,9655 = 28.

Ebben a kifejezésben M a C x H y gáz moláris tömege, M levegő a levegő átlagos moláris tömege, D levegő a C x H y gáz sűrűsége levegőben. Az így kapott moláris tömegértéket az anyag valódi képletének meghatározására használják.

Előfordulhat, hogy a problémafelvetés nem jelzi az egyik elem tömeghányadát. Úgy kapjuk meg, hogy az egységből (100%) kivonjuk az összes többi elem tömegrészét.

13. példa A szerves vegyület 38,71 tömeg%-ot tartalmaz. % szén, 51,61 tömeg% % oxigén és 9,68 tömeg% % hidrogén. Határozza meg ennek az anyagnak a valódi képletét, ha oxigén gőzsűrűsége 1,9375.

Megoldás. Kiszámoljuk a C x H y O z molekulában lévő atomok számának arányát:

x: y: z = 38,71/12: 9,68/1: 51,61/16 = 3,226: 9,68: 3,226 = 1:3:1.

Egy anyag M moláris tömege egyenlő:

M = M(O2) · D(O2) = 32 · 1,9375 = 62.

Az anyag legegyszerűbb képlete a CH 3 O. A képletegység atomtömegeinek összege 12 + 3 + 16 = 31. Osszuk el 62-t 31-gyel, és kapjuk meg a molekulában lévő atomok számának valós arányát:

x:y:z = 2:6:2.

Így az anyag valódi képlete a C 2 H 6 O 2. Ez a képlet a kétértékű alkohol - etilénglikol összetételének felel meg: CH 2 (OH) - CH 2 (OH).

2.10.6. Anyag moláris tömegének meghatározása

Egy anyag moláris tömege meghatározható egy ismert moláris tömegű gáz gőzsűrűségének értéke alapján.

14. példa. Egy bizonyos szerves vegyület gőzsűrűsége az oxigénhez viszonyítva 1,8125. Határozza meg ennek a vegyületnek a moláris tömegét!

Megoldás. Egy ismeretlen anyag M x moláris tömege egyenlő ennek a D anyagnak a relatív sűrűségének szorzatával az M anyag moláris tömegével, amelyből a relatív sűrűség értékét meghatározzuk:

M x = D · M=1,8125 · 32 = 58,0.

A megállapított moláris értékű anyagok lehetnek aceton, propionaldehid és allil-alkohol.

A gáz moláris tömege kiszámítható normál körülmények között lévő moláris térfogatával.

15. példa 5,6 liter gáz tömege a talajszinten. 5,046 g. Számítsuk ki ennek a gáznak a moláris tömegét.

Megoldás. A gáz moláris térfogata nullánál 22,4 liter. Ezért a kívánt gáz moláris tömege egyenlő

M=5,046 · 22,4/5,6 = 20,18.

A kívánt gáz Neon neon.

A Clapeyron–Mendeleev egyenletet egy olyan gáz moláris tömegének kiszámítására használják, amelynek térfogata a normáltól eltérő körülmények között van megadva.

16. példa 40 o C hőmérsékleten és 200 kPa nyomáson 3,0 liter gáz tömege 6,0 g. Határozzuk meg ennek a gáznak a moláris tömegét!

Megoldás. Ismert mennyiségeket behelyettesítve a Clapeyron–Mengyelejev egyenletbe, a következőt kapjuk:

M = mRT/PV = 6,0 · 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.

A szóban forgó gáz acetilén C 2 H 2 .

17. példa 5,6 liter (n.s.) szénhidrogén elégetésekor 44,0 g szén-dioxid és 22,5 g víz keletkezik. A szénhidrogén oxigénhez viszonyított relatív sűrűsége 1,8125. Határozza meg a szénhidrogén valódi kémiai képletét!

Megoldás. A szénhidrogén égetésének reakcióegyenlete a következőképpen ábrázolható:

C x H y + 0,5 (2x + 0,5 y)O 2 = x CO 2 + 0,5 y H 2 O.

A szénhidrogén mennyisége 5,6:22,4=0,25 mol. A reakció eredményeként 1 mol szén-dioxid és 1,25 mol víz keletkezik, amely 2,5 mol hidrogénatomot tartalmaz. Ha egy szénhidrogént 1 mól anyaggal elégetünk, 4 mól szén-dioxidot és 5 mól vizet kapunk. Így 1 mol szénhidrogén 4 mol szénatomot és 10 mol hidrogénatomot tartalmaz, azaz. a szénhidrogén kémiai képlete C4H10. Ennek a szénhidrogénnek a moláris tömege M=4 · 12+10=58. Relatív oxigénsűrűsége D=58:32=1,8125 megfelel a problémafelvetésben megadott értéknek, ami megerősíti a talált kémiai képlet helyességét.

A gáz halmazállapotú anyagok molekulatömegének meghatározásának legfontosabb módszere Avogadro törvényén alapul. Mielőtt azonban erről a módszerről beszélnénk, meg kell mondani, hogy milyen egységekben fejezik ki a molekula- és atomtömegeket.

Az atomtömegek kiszámításakor kezdetben a hidrogénatom, mint a legkönnyebb elem tömegét vettük tömegegységnek, és ehhez viszonyítva számították ki a többi elem atomjának tömegét. De mivel a legtöbb elem atomtömegét oxigénvegyületeik összetétele alapján határozzák meg, a számításokat valójában az oxigén atomtömegére vonatkoztatva végezték, amelyet 16-nak tekintettek; az oxigén és a hidrogén atomtömege közötti arányt egyenlőnek feltételezték. Ezt követően a pontosabb mérések azt mutatták, hogy ez az arány egyenlő vagy. Az oxigén atomtömegének változása a legtöbb elem atomtömegének változását vonná maga után. Ezért úgy döntöttek, hogy az oxigén atomtömegét 16-on hagyják, a hidrogén atomtömege 1,0079.

Így az atomtömeg mértékegységét az oxigénatom tömegének részének vettük, amit oxigénegységnek neveztek. Később kiderült, hogy a természetes oxigén izotópok keveréke (lásd 35. §), tehát az oxigén tömegegysége a természetes oxigénizotópok atomjainak átlagos tömegét jellemzi . Az atomfizika számára egy ilyen mértékegység elfogadhatatlannak bizonyult, és ebben a tudományágban az oxigénatom tömegének egy részét elfogadták az atomtömeg egységeként. Ennek eredményeként kétféle atomtömeg alakult ki - kémiai és fizikai. A két atomtömeg-mérleg jelenléte nagy kényelmetlenséget okozott.

1961-ben elfogadták a relatív atomtömegek egységes skáláját, amely egy szénizotóp atomjának tömegének egy részén, az atomtömeg-egységen alapul. Ennek megfelelően jelenleg egy elem relatív atomtömege (rövidítve: atomtömeg) az atom tömegének az atom tömegrészéhez viszonyított aránya. A modern léptékben az oxigén és a hidrogén relatív atomtömege 15,9994, illetve 1,00794.

Hasonlóképpen, egy egyszerű vagy összetett anyag relatív molekulatömege (rövidítve molekulatömeg) a molekula tömegének a tömeg egy részéhez viszonyított aránya. Mivel bármely molekula tömege egyenlő az azt alkotó atomok tömegének összegével, a relatív molekulatömeg egyenlő a megfelelő relatív atomtömegek összegével.

Például a víz molekulatömege, amelynek molekulája két hidrogénatomot és egy oxigénatomot tartalmaz, egyenlő: (A közelmúltig az „atomtömeg” és a „molekulatömeg” kifejezéseket használták az „atom” kifejezések helyett tömeg” és „molekulatömeg”.)

A tömeg- és térfogategységekkel együtt a kémia egy anyag mennyiségi egységét is használja, amelyet molnak neveznek (rövidítve „mol”).

Mól - olyan anyagmennyiség, amely annyi molekulát, atomot, iont, elektront vagy más szerkezeti egységet tartalmaz, ahány atom van egy szénizotópban.

A „vakond” fogalmának használatakor minden egyes esetben pontosan meg kell jelölni, hogy mely szerkezeti egységekre gondolunk. Például különbséget kell tenni a H atomok, a molekulák és az ionok moljai között.

Jelenleg az anyag egy móljában található szerkezeti egységek számát (Avogadro-állandó) nagy pontossággal határozták meg. A gyakorlati számításokban egyenlőnek veszi.

Az anyag m tömegének és mennyiségének arányát az anyag moláris tömegének nevezzük

A moláris tömeget általában g/mol-ban fejezik ki. Mivel bármely anyag egy mólja ugyanannyi szerkezeti egységet tartalmaz, az anyag moláris tömege (g/mol) arányos a megfelelő szerkezeti egység tömegével, azaz az anyag relatív molekula (vagy atom) tömegével ( Motn)

ahol K az arányossági együttható, minden anyagra azonos.

Könnyen belátható, hogy K=1. Valójában a szénizotóp Motn = 12, és a moláris tömeg (a „mól” fogalom meghatározása szerint) 12 g/mol. Következésképpen M (g/mol) és Motn számértékei egybeesnek, ami azt jelenti, hogy K = 1. Ebből következik, hogy egy anyag gramm/mol-ban kifejezett moláris tömege azonos számértékkel rendelkezik, mint a relatív molekula (atom) tömege. Így az atomos hidrogén moláris tömege 1,0079 g/mol, a hidrogén molekulatömege 2,0158 g/mol, az oxigén molekulatömege 31,9988 g/mol.

Avogadro törvénye szerint bármely gázból ugyanannyi molekula azonos térfogatot foglal el azonos körülmények között. Másrészt bármely anyag 1 mólja (definíció szerint) ugyanannyi részecskét tartalmaz. Ebből következik, hogy egy bizonyos hőmérsékleten és nyomáson 1 mól bármely gáz halmazállapotú anyagból azonos térfogatot foglal el.

Nem nehéz kiszámítani, hogy egy mól gáz mekkora térfogatot foglal el normál körülmények között, azaz normál légköri nyomáson vagy) és hőmérsékleten. Például kísérletileg megállapították, hogy 1 liter oxigén tömege normál körülmények között 1,43 gramm. Következésképpen egy mol oxigén (32 gramm) által elfoglalt térfogat azonos körülmények között 32:1,43 = 22,4 liter lesz. Ugyanezt a számot kapjuk egy mól hidrogén, szén-dioxid stb. térfogatának kiszámításával.

Az anyag által elfoglalt térfogat és mennyiség arányát az anyag moláris térfogatának nevezzük. A fentiekből következik, hogy normál körülmények között bármely gáz moláris térfogata 22,4 l/mol.