Alle mennesker vet at kroppene rundt oss består av atomer og molekyler. De har forskjellige former og strukturer. Når man skal løse problemer innen kjemi og fysikk er det ofte nødvendig å finne massen til et molekyl. Vurder i denne artikkelen flere teoretiske metoder for å løse dette problemet.
Generell informasjon
Før du vurderer hvordan du finner massen til et molekyl, bør du gjøre deg kjent med selve konseptet. Her er noen eksempler.
Et molekyl kalles vanligvis et sett med atomer som er forent med hverandre ved en eller annen type kjemisk binding. Dessuten bør og kan de betraktes som en helhet i ulike fysiske og kjemiske prosesser. Disse bindingene kan være ioniske, kovalente, metalliske eller van der Waals.
Det velkjente vannmolekylet har den kjemiske formelen H2O. Oksygenatomet i det er forbundet ved hjelp av polare kovalente bindinger med to hydrogenatomer. Denne strukturen bestemmer mange av de fysiske og kjemiske egenskapene til flytende vann, is og damp.
Naturgass metan er en annen lys representant for et molekylært stoff. Partiklene danneset karbonatom og fire hydrogenatomer (CH4). I verdensrommet har molekylene form som et tetraeder med karbon i sentrum.
Luft er en kompleks blanding av gasser, som hovedsakelig består av oksygenmolekyler O2 og nitrogen N2. Begge typene er forbundet med sterke doble og trippel kovalente ikke-polare bindinger, noe som gjør dem svært kjemisk inerte.
Bestemme massen til et molekyl gjennom dets molare masse
Det periodiske systemet for kjemiske elementer inneholder en stor mengde informasjon, blant annet er det atommasseenheter (amu). For eksempel har et hydrogenatom en amu på 1, og et oksygenatom på 16. Hvert av disse tallene indikerer massen i gram som et system som inneholder 1 mol atomer av det tilsvarende elementet vil ha. Husk at måleenheten for mengde stoff 1 mol er antall partikler i systemet, tilsvarende Avogadro-tallet NA, det er lik 6,0210 23.
Når de vurderer et molekyl, bruker de konseptet ikke amu, men molekylvekt. Sistnevnte er en enkel sum av a.m.u. for atomene som utgjør molekylet. For eksempel vil den molare massen for H2O være 18 g/mol, og for O2 32 g/mol. Hvis du har et generelt konsept, kan du gå videre til beregningene.
Molmassen M er enkel å bruke til å beregne massen til et molekyl m1. For å gjøre dette, bruk en enkel formel:
m1=M/NA.
I noen oppgavermassen til systemet m og mengden av materie i det n kan gis. I dette tilfellet beregnes massen til ett molekyl som følger:
m1=m/(nNA).
Ideell gass
Dette konseptet kalles en slik gass, hvis molekyler beveger seg tilfeldig i forskjellige retninger ved høye hastigheter, ikke samhandler med hverandre. Avstandene mellom dem overskrider langt deres egne størrelser. For en slik modell er følgende uttrykk sant:
PV=nRT.
Det kalles Mendeleev-Clapeyron-loven. Som du kan se, relaterer ligningen trykket P, volumet V, den absolutte temperaturen T og mengden av stoffet n. I formelen er R gasskonstanten, numerisk lik 8,314. Den skrevne loven kalles universell fordi den ikke er avhengig av systemets kjemiske sammensetning.
Hvis tre termodynamiske parametere er kjent - T, P, V og verdien m til systemet, så er ikke massen til et ideelt gassmolekyl m1 vanskelig å bestemme med følgende formel:
m1=mRT/(NAPV).
Dette uttrykket kan også skrives i form av gasstetthet ρ og Boltzmann-konstanten kB:
m1=ρkBT/P.
Eksempelproblem
Det er kjent at tettheten til en del gass er 1,225 kg/m3ved atmosfærisk trykk 101325 Pa og temperatur 15 oC. Hva er massen til et molekyl? Hvilken gass snakker du om?
Fordi vi får trykk, tetthet og temperatursystem, så kan du bruke formelen oppnådd i forrige avsnitt for å bestemme massen til ett molekyl. Vi har:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
For å svare på det andre spørsmålet i problemet, la oss finne den molare massen M av gassen:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Den oppnådde verdien av den molare massen tilsvarer gassluften.
