Молекулярная масса

Масса и размер молекул

Молекулярная масса

Многие опыты показывают, что размер молекулы очень мал. Линейный размер молекулы или атома можно найти различными способами.

Например, с помощью электронного микроскопа, получены фотографии некоторых крупных молекул, а с помощью ионного проектора (ионного микроскопа) можно не только изучить строение кристаллов, но определить расстояние между отдельными атомами в молекуле.

Используя достижения современной экспериментальной техники, удалось определить линейные размеры простых атомов и молекул, которые составляют около 10-8 см. Линейные размеры сложных атомов и молекул намного больше. Например, размер молекулы белка составляет 43*10-8 см.

Для характеристики атомов используют представление об атомных радиусах, которые дают возможность приближённо оценить межатомные расстояния в молекулах, жидкостях или твёрдых телах, так как атомы по своим размерам не имеют чётких границ. То есть атомный радиус – это сфера, в которой заключена основная часть электронной плотности атома (не менее 90…95%).

Размер молекулы настолько мал, что представить его можно только с помощью сравнений. Например, молекула воды во столько раз меньше крупного яблока, во сколько раз яблоко меньше земного шара.

Моль вещества

Массы отдельных молекул и атомов очень малы, поэтому в расчётах удобнее использовать не абсолютные значения масс, а относительные.

Относительная молекулярная масса (или относительная атомная масса) вещества Мr – это отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода.

Мr = (m0) : (m0C / 12)

где m0 – масса молекулы (или атома) данного вещества, m0C – масса атома углерода.

Относительная молекулярная (или атомная) масса вещества показывает, во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы изотопа углерода С12. Относительная молекулярная (атомная) масса выражается в атомных единицах массы.

Атомная единица массы – это 1/12 массы изотопа углерода С12. Точные измерения показали, что атомная единица массы составляет 1,660*10-27 кг, то есть

1 а.е.м. = 1,660 * 10-27 кг

Относительная молекулярная масса вещества может быть вычислена путём сложения относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы вещества. Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

В периодической системе Д.И. Менделеева для каждого элемента указана атомная масса, которая измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.). Например, атомная масса магния равна 24,305 а.е.м.

, то есть магний в два раза тяжелее углерода, так как атомная масса углерода равна 12 а.е.м. (это следует из того, что 1 а.е.м. = 1/12 массы изотопа углерода, который составляет большую часть атома углерода).

Зачем измерять массу молекул и атомов в а.е.м.

, если есть граммы и килограммы? Конечно, можно использовать и эти единицы измерения, но это будет очень неудобно для записи (слишком много чисел придётся использовать для того, чтобы записать массу).

Чтобы найти массу элемента в килограммах, нужно атомную массу элемента умножить на 1 а.е.м. Атомная масса находится по таблице Менделеева (записана справа от буквенного обозначения элемента). Например, вес атома магния в килограммах будет:

m0Mg = 24,305 * 1 a.e.м. = 24,305 * 1,660 * 10-27 = 40,3463 * 10-27 кг

Массу молекулы можно вычислить путём сложения масс элементов, которые входят в состав молекулы. Например, масса молекулы воды (Н2О) будет равна:

m0Н2О = 2 * m0H + m0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 a.e.м. = 29,905 * 10-27 кг

Количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Количество вещества – это физическая величина, характеризующая относительное число молекул и атомов в теле. Единица количества вещества называется молем (моль).

Моль равен количеству вещества системы, в которой содержится столько же молекул, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода С12. То есть, если у нас есть система с каким-либо веществом, и в этой системе столько же молекул этого вещества, сколько атомов в 0,012 кг углерода, то мы можем сказать, что в этой системе у нас 1 моль вещества.

Постоянная Авогадро

Количество вещества ν равно отношению числа молекул в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода, то есть количеству молекул в 1 моле вещества.

ν = N / NA

где N – количество молекул в данном теле, NA – количество молекул в 1 моле вещества, из которого состоит тело.

NA – это постоянная Авогадро. Количество вещества измеряется в молях.

Постоянная Авогадро – это количество молекул или атомов в 1 моле вещества. Эта постоянная получила своё название в честь итальянского химика и физика Амедео Авогадро (1776 – 1856).

В 1 моле любого вещества содержится одинаковое количество частиц.

NA = 6,02 * 1023 моль-1

Молярная масса – это масса вещества, взятого в количестве одного моля:

μ = m0 * NA

где m0 – масса молекулы.

Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль = кг*моль-1).

Молярная масса связана с относительной молекулярной массой соотношением:

μ = 10-3 * Mr [кг*моль-1]

Масса любого количества вещества m равна произведению массы одной молекулы m0 на количество молекул:

m = m0N = m0NAν = μν

Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе:

ν = m / μ

Массу одной молекулы вещества можно найти, если известны молярная масса и постоянная Авогадро:

m0 = m / N = m / νNA = μ / NA

Более точное определение массы атомов и молекул достигается при использовании масс-спректрометра – прибора, в котором происходит разделение пучком заряженных частиц в пространстве в зависимости от их массы заряда при помощи электрических и магнитных полей.

Для примера найдём молярную массу атома магния. Как мы выяснили выше, масса атома магния равна m0Mg = 40,3463 * 10-27кг. Тогда молярная масса будет:

μ = m0Mg * NA = 40,3463 * 10-27 * 6,02 * 1023 = 2,4288 * 10-2 кг/моль

То есть в одном моле «помещается» 2,4288 * 10-2 кг магния. Ну или примерно 24,28 грамм.

Как видим, молярная масса (в граммах) практически равна атомной массе, указанной для элемента в таблице Менделеева. Поэтому когда указывают атомную массу, то обычно делают так:

Атомная масса магния равна 24,305 а.е.м. (г/моль).

Можете посчитать молярную массу для различных элементов и убедиться в правоте этого утверждения. Для расчёта молярной массы можно использовать простой калькулятор, который находится внизу страницы:

Молярная масса вещества онлайн

Молекулярная масса

Не секрет , что химические знаки позволяют изобразить состав сложного вещества в виде формул.

Химическая формула — это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов. 

Формулы различают молекулярные, структурные, электронные и другие.

Молекулярные формулы (H3P04, Fe203, А1(ОН)3, Na2S04, 02 и т.д.) показывают качественный (т.е. из каких элементов состоит вещество) и количественный (т.е. сколько атомов каждого элемента имеются в веществе) состав.

Структурные формулы показывают порядок соединения атомов в молекуле, соединяя атомы черточками (одна черточка — одна химическая связь между двумя атомами в молекуле).

Относительная атомная масса вещестав или элемента — это безразмерная величина. Почему безразмерная, ведь масса должна иметь размерность?

Причина в том что атомная масса вещества  в кг очень мала и выражается  порядком 10 в минус 27 степени. Что бы в расчетах не учитывать этот показатель, массу каждого элемента привели к отношению 1/12 массы изотопа углерода.  По этой причине относительная атомная масса углерода и составляет 12 единиц. 

Современные значения относительных атомных масс приведены в периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Для большинства элементов указаны

среднеарифметические значения атомных масс природной смеси изотопов этих элементов. 

Например, относительная масса водорода равна 1, а кислорода 16.

Относительная молекулярная масса простых и сложных веществ численно равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы.

Например, относительная молекулярная масса воды , состоящей из двух атомов водорода и одного атома кислорода, равна

1*2+16 =18

Массовая доля элемента. Эта величина выражается в % или долях единицы.  По химической формуле можно вычислить как химический состав, так и молекулярную массу.

Определяемый по химическим формулам количественный состав имеет огромное значение для многочисленных расчетов, которые производятся по химическому составу.

Вычисление относительной молекулярной массы вещества по химической формуле производится путем сложения произведений относительных атомных масс элементов на соответствующие индексы в химической формуле.

Как рассчитывается молекулярная масса вещества мы рассмотрели чуть выше.

И именно эту задачу автоматизирует наш химический калькулятор.

Зная молекулярную массу вещества, нам ничего не стоит рассчитать и молярную массу.

Моль —  есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 12 грамм

Таким образом, молярная масса вещества с точностью соответствует  относительной молекулярной массе и имеет размерность грамм/моль

Таким образом молярная масса воды равна 18 грамм/моль.

Молярную массу вещества можно определить как отношение массы данной порции вещества  к количеству вещества в этой порции

В отношении других калькуляторов, рассчитывающих молярную массу вещества, этот калькулятор обладает следующими особенностями:

— Формула может  содержать скобки например  

— Формула может содержать коэффициент  

Если есть необходимость рассчета массовых долей каждого химическго элемента в формуле  то стоит воспользоваться калькулятором Массовая доля вещества онлайн

Интересные факты

Молярные массы каких химических элементов не округляются?

Логично, предположить если вы прочитали, откуда появляется понятие «относительная масса», что «не округленная» масса будет у одного элемента — углерода. Будут ли встречаться другие химические элементы с «не округленными» массами? Сомневаюсь. 

синтаксис

molar формула[!]

где формула — произвольная формула химического вещества.

Внимание! Химические элементы в формуле должны быть указаны так, как в таблице Менделеева.

простой пример покажет какая цена ошибки не соблюдать регистр (прописные или строчные символы) букв

Если напишем CO — то это углерод и кислород, а если напишем Co — то это кобальт. 

В любую часть формулы, можно вставить служебный символ(восклицательный знак).

Что же он нам дает?

Он все параметры огругляет до того уровня точности, который используется в школьной программе. Это очень удобно именно для тех, кто решает школьные задачи.

Например молярная масса воды  в школьных учебниках равна 18, а если учитывать более точные алгоритмы, то получаем что молярная масса равна 18.01528. Разница небольшая, но если делать расчет например массовой доли химического вещества, получается небольшое, но очень неприятное расхождение в выходных параметрах, которое может ввести в заблуждение неопытных пользователей калькулятора.

Примеры

Рассчитать молярную и молекулярную массу вещества  

пишем запрос molar NaMgU3O24C18H27

получаем ответ

Молярная масса вещества (Грамм/Моль)
1388.80945
Формула химического вещества

Если же в входных параметрах написать символ- восклицательный знак, то получим такой ответ

Молярная масса вещества равна 1389

Рассчитать молярную массу  

Пишем K4[Fe(CN)6]

Молярная масса вещества (Грамм/Моль)
368.3464
Формула химического вещества

Узнаем молекулярную, а  также молярную массу 

В результате запроc выглядит так molar CuSO4*5H2O

И ответ выглядит так 

Молярная масса вещества (Грамм/Моль)
249.68
Формула химического вещества

Как уже было сказано в статье выше, молярная масса  и молекулярная масса вещества равны друг другу и отличаются лишь тем, что молекулярная масса безразмерная величина, в отличии от молярной массы (грамм/моль)

Удачных Вам расчетов!

Урок 7. Относительная молекулярная и относительная формульная массы – HIMI4KA

Молекулярная масса
Архив уроков › Химия 8 класс

В уроке 7 «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» из курса «Химия для чайников» научимся вычислять относительную молекулярную массу, а также относительную формульную массу веществ; кроме того, выясним что такое массовая доля и приведем формулу для ее вычисления. Напоминаю, что в прошлом уроке «Валентность» мы дадим определение валентности, научились ее определять; рассмотрели элементы с постоянной и переменной валентностью, кроме того научились составлять химические формулы по валентности.

Каждый химический элемент характеризуется определенным значением относительной атомной массы. Состав любого вещества выражается молекулярной или простейшей формулой его структурной единицы. Такая структурная единица состоит из определенного числа атомов химических элементов. Поэтому масса структурной единицы может быть выражена в атомных единицах массы.

Относительная молекулярная масса

Вещества молекулярного строения характеризуются величиной относительной молекулярной массы, которая обозначается Mr.

Относительная молекулярная масса — это физическая величина, равная отношению массы одной молекулы вещества к 1/12 части массы атома углерода.

Эта величина равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов с учетом числа их атомов в молекуле. Например, рассчитаем относительную молекулярную массу воды H2O:

Относительная молекулярная масса серной кислоты H2SO4:

Относительные молекулярные массы, как и относительные атомные массы, являются величинами безразмерными. Значение Мr показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше атомной единицы массы u.

Например, если Mr(H2O) = 18, это значит, что масса молекулы H2O в 18 раз больше 1/12 части массы атома углерода, т. е. в 18 раз больше атомной единицы массы.

Соответственно, масса молекулы H2SO4 в 98 раз больше 1/12 части массы атома углерода.

Относительная формульная масса

Вещества немолекулярного строения также характеризуются подобной величиной, которая называется относительной формульной массой.

Как и относительная молекулярная масса, она равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав структурной единицы таких веществ — формульной единицы, и также обозначается Mr. При этом, конечно, необходимо учитывать индексы у символов атомов.

Например, относительная формульная масса вещества CaCO3 равна:

Относительная формульная масса вещества Al2(SO4)3 равна:

Относительная формульная масса показывает, во сколько раз масса формульной единицы данного вещества больше 1/12 части массы атома углерода, или атомной единицы массы u.

Вычисление массовой доли химического элемента по формуле вещества

По формуле вещества можно рассчитать массовую долю атомов каждого химического элемента, который входит в состав этого вещества, т. е. определить, какую часть от общей массы вещества составляет масса атомов данного элемента.

Массовая доля (w) атомов химического элемента в веществе показывает, какая часть относительной молекулярной (формульной) массы вещества приходится на атомы данного элемента.

Массовая доля атомов элемента А в сложном веществе АxBy рассчитывается по формуле:

где w («дубль-вэ») — массовая доля элемента А;
Ar(А) — относительная атомная масса элемента А;
х, у — числа атомов элементов А и В в формуле вещества;
Mr(АхBy) — относительная молекулярная (формульная) масса вещества АхBy.

Массовые доли выражаются в долях единицы или в процентах.

Пример. Определите массовые доли элементов в фосфорной кислоте H3PO4

Спойлер

[свернуть]

Краткие выводы урока:

  1. Относительная молекулярная (формульная) масса вещества — это физическая величина, равная отношению массы молекулы (формульной единицы) вещества к 1/12 части массы атома углерода.
  2. Эта величина равна сумме относительных атомных масс химических элементов, входящих в состав молекулы (формульной единицы) данного вещества, с учетом числа атомов каждого элемента.

Надеюсь урок 7 «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Молекула: масса молекулы. Размеры и масса молекул

Молекулярная масса

Состав веществ сложный, хотя образованы они крохотными частицами — атомами, молекулами, ионами. Молекулярное строение имеют многие жидкости и газы, а также некоторые твердые тела. Из атомов и заряженных ионов состоят металлы, многие соли. Все частицы обладают массой, даже самая крохотная молекула.

Масса молекулы, если выразить ее в килограммах, получает очень маленькое значение. Например, m (Н2О) = 30 • 10-27 кг. Такие важнейшие характеристики вещества, как масса и размеры микрочастиц, издавна изучают физики и химики. Основы были заложены в трудах Михаила Ломоносова и Джона Дальтона.

Рассмотрим, как изменились с тех пор взгляды на микромир.

Представления Ломоносова о «корпускулах»

Предположение о дискретном строении вещества высказывали ученые Древней Греции. Тогда же было дано название «атом» мельчайшей неделимой частице тел, «кирпичику» мироздания. Великий русский исследователь М. В. Ломоносов писал о ничтожно малой, неделимой физическими способами частице строения вещества — корпускуле. Позже в трудах других ученых она получила название «молекула».

Масса молекулы, а также ее размеры, определяются свойствами составляющих ее атомов. Долгое время ученым не удавалось заглянуть вглубь микромира, что тормозило развитие химии и физики.

Ломоносов неоднократно призывал коллег изучать и в своей работе опираться на точные количественные данные — «меру и вес».

Благодаря работам русского химика и физика были заложены основы учения о строении вещества, ставшие составной частью стройной атомно-молекулярной теории.

Атомы и молекулы — «кирпичики мироздания»

Даже микроскопически малые тела сложно устроены, обладают различными свойствами.

Такие частицы, как атомы, образованы ядром и электронными слоями, отличаются по количеству положительных и отрицательных зарядов, радиусу, массе.

Атомы и молекулы существуют в составе веществ не изолированно, они притягиваются с разной силой. Более заметно действие сил притяжения в твердых телах, слабее — в жидкостях, почти не ощущаются в газообразных веществах.

Химические реакции не сопровождаются разрушением атомов. Чаще всего происходит их перегруппировка, возникает другая молекула. Масса молекулы зависит от того, какими атомами она образована.

Но при всех изменениях атомы остаются химически неделимыми. Но они могут войти в состав разных молекул. При этом атомы сохраняют свойства того элемента, к которому относятся.

Молекула до своего распада на атомы сохраняет все признаки вещества.

Микрочастица строения тел — молекула. Масса молекулы

Для измерения массы макротел используются приборы, старейший из которых — весы. Результат измерения удобно получать в килограммах, ведь это основная единица международной системы физических величин (СИ).

Чтобы определить массу молекулы в килограммах, надо сложить атомные массы с учетом количества частиц. Для удобства была введена специальная единица массы — атомная. Можно записать ее в виде буквенного сокращения (а.е.м.).

Эта единица соответствует одной двенадцатой части массы углеродного нуклида 12С.

Если выразить найденное значение в стандартных единицах, то получаем 1,66 • 10-27 кг. Такими малыми показателями для массы тел оперируют, в основном, физики.

В статье приведена таблица, из которой можно узнать, чему равны массы атомов некоторых химических элементов.

Чтобы узнать, чему равна масса одной молекулы водорода в килограммах, умножим на два приведенную в таблице атомную массу этого химического элемента. В результате получим значение массы молекулы, состоящей из двух атомов.

Как определить массу молекулы

Точное определение веса молекулы проводят при помощи прибора — масс-спектрометра. Для решения задач можно использовать сведения из периодической системы. К примеру, масса молекулы кислорода равна 16 • 2 = 32.

Выполним несложные расчеты и найдем значение величины Mr(H2O) — относительной молекулярной массы воды. По таблице Менделеева определим, что масса атома кислорода — 16, водорода — 1.

Проведем несложные расчеты: Mr(H2O) = 1 • 2 + 16 = 18, где Mr — молекулярная масса, H2O — молекула воды, H — символ элемента водорода, О — химический знак кислорода.

Массы изотопов

Химические элементы в природе и технике существуют в виде нескольких разновидностей атомов — изотопов. Каждый из них обладает индивидуальной массой, ее величина не может иметь дробное значение. Но атомная масса химического элемента чаще всего представляет собой число с несколькими знаками после запятой.

При подсчетах учитывается распространенность каждой разновидности в земной коре. Поэтому массы атомов в периодической системе не всегда являются целыми числами. Используя такие величины для расчетов, мы получаем массы молекул, которые также не являются целыми числами.

В некоторых случаях допускается округление значений.

Молекулярная масса веществ немолекулярного строения

Большинство неорганических веществ не имеет молекулярного строения. Металлы состоят из атомов, ионов и свободных электронов, соли — из катионов и анионов. Для веществ немолекулярного строения также подсчитывают массу условных молекул по брутто-формуле, отражающей простейший состав.

Найдем значение Mr для вещества ионного строения — поваренной соли, формула которой NaCl. Mr = 23 + 35,5 = 55,5. Для некоторых видов расчетов требуется молекулярная масса воздуха — смеси газов. С учетом процентного содержания разных веществ в атмосфере молекулярная масса воздуха равна 29.

Размеры и масса молекул

На электронных микрофотографиях крупных молекул можно рассмотреть отдельные атомы, но они настолько малы, что в обычный микроскоп не видны. Линейный размер частицы любого вещества, как и масса, — это постоянная характеристика. Диаметр молекулы зависит от радиусов образующих ее атомов, их взаимного притяжения.

Размеры частиц меняются с увеличением числа протонов и энергетических уровней. Атом водорода — самый маленький по размерам, его радиус составляет всего 0,5 • 10-8 см. Атом урана в три раза больше атома водорода. Настоящие «великаны» микромира — молекулы органических веществ.

Так, линейный размер одной из протеиновых частиц равен 44 • 10-8 см.

Подведем итог: масса молекул — это сумма масс атомов, входящих в их состав. Абсолютное значение в килограммах можно получить, умножив значение молекулярной массы, найденное в таблице Менделеева, на величину 1,66 • 10-27 кг.

Молекулы ничтожно малы по сравнению с макротелами. Например, по своим размерам молекула воды Н2О уступает яблоку во столько же раз, во сколько раз этот фрукт меньше нашей планеты.

Что такое Молекулярная Масса

Молекулярная масса

Молекулярная Масса — (молекулярный вес) — масса молекулы, выраженная ватомных единицах массы. Практически равна сумме масс всех атомов, изкоторых состоит молекула. Величины молекулярной массы используются вхимических, физических и химико-технических расчетах.

Определение «Молекулярная Масса» по БСЭ:

Молекулярная масса — молекулярный вес, значение массы молекулы, выраженное в атомных единицах массы. Практически М. м. равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекулы. умножение М. м. на принятую величину атомной единицы массы (1,66043 ± 0,00031) ·10&minus.24 г даёт массу молекулы в граммах.

Понятие М. м. прочно вошло в науку после того, как в результате работ С. Канниццаро, развившего взгляды А. Авогадро, были четко сформулированы различия между атомом и молекулой. уточнению понятия М. м. способствовали открытие Ф. Содди явления изотопии (см. Изотопы) и разработка Ф.

Астоном масс-спектрометрического метода определения масс.
Понятие М. м. тесно связано с определением молекулы.

однако оно приложимо не только к веществам, в которых молекулы существуют раздельно (газы, пары, некоторые жидкости и растворы, Молекулярные кристаллы), но и к остальным случаям (ионные кристаллы и др.).
За М. м.

часто принимают среднюю массу молекул данного вещества, найденную с учётом относительного содержания изотопов всех элементов, входящих в его состав. Иногда М. м. определяют не для индивидуального вещества, а для смеси различных веществ известного состава. Так, можно рассчитать, что«эффективная» М. м. воздуха равна 29.

М. м. — одна из важнейших констант, характеризующих индивидуальное вещество. М. м. разных веществ сильно различаются между собой. Так, например, величины М. м. водорода, двуокиси углерода, сахарозы, гормона Инсулина соответственно составляют: 2,016. 44,01. 342,296. около 6000. М. м.

некоторых биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) достигают многих млн. и даже нескольких млрд. Величины М. м. широко используются при различных расчётах в химии, физике, технике. Знание М. м.

автоматически даёт величину грамм-молекулы (моля), позволяет вычислить плотность газа (пара), рассчитать молярную концентрацию (Молярность) вещества в растворе, найти истинную формулу соединения по данным о его составе и т. д.

Экспериментальные методы определения М. м. разработаны главным образом для газов (паров) и растворов. В основе определения М. м. газов (паров), лежит Авогадро закон. Известно, что объём 1 моля газа (пара) при нормальных условиях (0°C, 1 атм) составляет около 22,4 л. поэтому, определив плотность газа (пара), можно найти число его молей, а следовательно, найти и М. м. В случае растворов для определения М. м. чаще всего используют криоскопический и эбулиоскопический методы (см. Криоскопия и Эбулиоскопия). Экспериментальные методы дают сведения о среднем значении М. м. вещества. Оценку М. м. отдельных молекул можно проводить методом масс-спектрометрии.
М. м. являются важной характеристикой высокомолекулярных соединений — полимеров, определяющей их физические (и технологические) свойства. Макромолекулы полимеров образуются повторением сравнительно простых звеньев (групп атомов). число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества, различно, вследствие чего М. м. макромолекул таких полимеров также неодинакова. Поэтому при характеристике полимеров обычно говорят о среднем значении М. м.. эта величина даёт представление о среднем числе звеньев в молекулах полимера (о степени полимеризации).
Полное описание размеров молекул полимера даёт функция распределения по М. м. (молекулярно-массовое распределение): эта функция позволяет найти долю молекул (определённого размера) данного полимерного вещества, М. м. которых лежат в заданном интервале масс (от М до М + &Delta.М).
На практике обычно определяют среднюю М. м. полимера, исследуя тем или иным методом его раствор. Свойства растворов могут зависеть от числа молекул, находящихся в растворе (при этом разные по массе молекулы ведут себя совершенно одинаково), от массовой (весовой) концентрации раствора (в этом случае одна большая молекула производит такой же регистрируемый эффект, как и несколько малых) и от других факторов. Если полимер состоит из неодинаковых молекул, то средние значения М. м., измеренные разными способами, будут различны. Так, понижение температуры замерзания (повышение температуры кипения) разбавленного раствора зависит только от числа содержащихся в нём молекул, а не от их размеров, поэтому криоскопический и эбулиоскопический методы позволяют находить среднечисленную М. м. полимера
(«простое» среднее). Интенсивность света, рассеянного раствором полимера, зависит от массы вещества, находящегося в растворе, а не от числа молекул: поэтому метод, основанный на измерении интенсивности рассеянного света, используется для определения величины М. м. полимера, усреднённой по массе. Другие методы (седиментационного равновесия, вискозиметрический и т. д.) позволяют найти иные средние значения М. м. полимеров. Сравнивая средние величины М. м., определённые разными методами, можно сделать вывод о молекулярно-массовом распределении. В простейшем случае, когда среднечисленная М. м. полимера совпадает со значением М. м., усреднённой по массе, можно сделать вывод, что полимер состоит из одинаковых молекул (т. е. монодисперсен).
Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1973. Гуггенгейм Э. А. и Пру Дж., Физико-химические расчёты, пер. с англ., М., 1958. Губен-Вейль, Методы органической химии, т. 2, М., 1967. См. также лит. при ст. Макромолекула.
С. С. Бердоносов.

Молекулярная масса

Молекулярная масса
статьи

Молекулярная масса, масса молекулы, выраженная в относительных единицах (называемых а.е.м. или дальтон). Эта величина введена для удобства, поскольку действительная масса молекул в общепринятых единицах массы чрезвычайно мала. За единицу мол.

массы принята та же величина, что и при определении атомной массы: это 1/12 массы атома изотопа углерода-12, условно принятой равной 12 (см. АТОМНАЯ МАССА). Мол.

масса численно равна сумме относительных атомных масс всех атомов данной молекулы и легко подсчитывается по формуле вещества.

Газы и пары

Согласно закону Авогадро, в равных объемах газов при одинаковых давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. Следовательно, один моль любого газа при данных температуре и давлении должен занимать один и тот же объем (один из законов идеальных газов; см. ХИМИЯ).

С учетом поправок на неидеальность объем одного моля (6,02Ч1023 молекул) любого газа при 0° С и 1 атм равен 22,414 л. На основании закона Авогадро находят мол. массу газообразных веществ. В общих чертах процедура состоит в следующем. Определяют массу известного объема газа при данных давлении и температуре.

После введения поправок на неидеальность приводят объем к условиям 0° С и 1 атм, используя уравнение состояния идеального газа PV = RT, где R – газовая постоянная. Зная массу и объем идеального газа при °С и 1 атм, нетрудно рассчитать массу 22,414 л газа, т.е. его мол. массу. Этим методом были получены точные значения мол.

масс, которые использовались даже для определения атомных масс. Для приближенной оценки мол. массы газ считают идеальным и никаких поправок не делают.

Данный метод часто применяют при определении мол. масс летучих жидкостей и твердых веществ. Для этого используют уравнение состояния газа в виде PV = wRT/M (уравнение Клапейрона – Менделеева), где w – масса паров вещества с мол. массой М, занимающих объем V при температуре Т и давлении Р.

Если Р выражено в атм, а V – в см3 или мл, то R = 82,06. Отсюда получаем M = wRT/PV и, зная все величины в правой части, находим мол. массу паров вещества. Для определения таким методом мол. масс летучих жидкостей и твердых веществ было создано несколько устройств.

Наибольшее распространение получил прибор немецкого химика В.Мейера (1878) – длинная вертикальная трубка, закрытая сверху и расширяющаяся книзу в виде конической колбы, окруженная нагревательной рубашкой. Известное количество изучаемой жидкости (или твердого вещества) помещали на дно колбы и испаряли.

При испарении эквивалентный объем воздуха вытеснялся через боковой отвод вверху трубки в измерительное устройство. Объем вытесненного воздуха, измеренный при температуре и давлении окружающей среды, равен объему паров изучаемого вещества в этих же условиях. Зная w, Т и Р, можно вычислить М – мол. массу паров вещества.

Усовершенствовав аппарат В.Мейера, можно было проводить измерения при температурах до 2000° С.

Растворы

Мол. массу трудноиспаряющихся веществ определяют, исследуя свойства их растворов. Если нелетучее вещество растворить в летучем жидком растворителе, то давление паров последнего уменьшится. Соответственно температура кипения раствора возрастет, а температура замерзания понизится по сравнению с чистым растворителем.

Все эти величины пропорциональны числу молей растворенного вещества в данном объеме растворителя (при условии, что раствор является разбавленным); это позволяет определить мол. массу вещества в растворе. Пусть Dр – изменение давления паров разбавленного раствора при добавлении w2 граммов растворенного вещества с мол. массой М2 в w1 граммов растворителя с мол.

массой М1, р – давление паров чистого растворителя при той же температуре. Тогда

Dр = pw2 M1/w1 M2, откуда М2 = рw2 М1/w1Dр

Поскольку давление паров трудно измерить с достаточной точностью, этот метод применяют довольно редко и только в усовершенствованном варианте.

Наиболее распространен метод определения мол. массы растворенных веществ, основанный на измерении температур замерзания или кипения растворов.

Если DТ – понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем, то DТ = KЧ1000w2/w1 М2, где K – молярная криоскопическая или эбулиоскопическая постоянная для данного растворителя. Отсюда М2 = KЧ1000w2/w1DТ.

Постоянную K можно определить экспериментально, используя растворенные вещества с известной мол. массой, или найти с помощью термодинамических расчетов. Отметим, что приведенное соотношение применимо для определения мол. масс только очень разбавленных растворов.

Метод Бекмана

В этом методе измеряют температуру замерзания известного количества растворителя (w1), затем добавляют в него заданное количество растворенного вещества (w2) и измеряют понижение температуры замерзания раствора с помощью термометра Бекмана. Этот термометр регистрирует не саму температуру, а разность температур, но с точностью 0,001° С.

При измерениях могут возникать ошибки, связанные с переохлаждением раствора. Для их устранения применяют более совершенные модификации прибора. Для приближенной оценки мол.

массы существует более простой метод Раста, где в качестве растворителя используют камфору, температура замерзания которой при растворении в ней различных веществ понижается очень сильно и может быть измерена обычным термометром.

Методы Ландсбергера и Котрелла

Бекман сконструировал также прибор для измерения повышения температуры кипения растворов, но здесь возникают те же проблемы, что и при измерении точки замерзания, а именно связанные с перегревом раствора.

Для приближенных оценок используется метод Ландсбергера, в котором жидкость нагревают до температуры кипения, пропуская через нее пар. Для точных определений предпочтительна методика Котрелла.

В ней термометр не погружают в жидкость, а помещают над ее поверхностью, так что пузырьки пара, поднимающиеся вверх, увлекают за собой жидкость, и она омывает термометр. Это позволяет избежать ошибок, связанных с перегревом.

Другие методы

Еще один метод определения мол. массы растворенных веществ основан на измерении осмотического давления. Для разбавленного раствора, содержащего известное количество w граммов растворенного вещества с мол. массой М в объеме растворителя V, осмотическое давление Р при температуре Т равно P = wRT/MV.

Если Р выражено в атм, а V – в см3 или мл, то константа R = 82,06 (см. выше). Измерить осмотическое давление растворов для обычных веществ довольно трудно. Однако этот метод оказался весьма полезным для определения мол.

масс высокомолекулярных соединений, поскольку создаваемое ими осмотическое давление достаточно велико и можно получить точные данные на относительно простой аппаратуре. Высокомолекулярные соединения имеют большое практическое значение, поэтому методы определения их мол. масс совершенствуются.

Можно упомянуть методы, основанные на измерении вязкости и рассеяния света, а также ультрацентрифугирование. Последний применяется наиболее широко для определения мол. масс биополимеров (нуклеиновых кислот и белков).

Масс-спектрометрический метод

Этим принципиально иным, чем все рассмотренные выше, методом определяют массу разных видов молекул или разных изотопов, находящихся в исследуемом объеме. Особую ценность он представляет для изотопного анализа.

Допустим, требуется определить, содержится ли в образце метана СН4 изотоп 13С помимо обычного изотопа 12С. У обычного метана мол. масса равна 16, а у его изотопического варианта 17.

В масс-спектре ему соответствует отдельная линия, по положению которой можно точно определить мол. массу.

Моль. Молярная масса

Молекулярная масса

Вмеждународной системе единиц (СИ) заединицу количества вещества принятмоль.

Мольэтоколичество вещества, содержащее столькоструктурных единиц (молекул, атомов,ионов, электронов и др.), сколько атомовсодержится в 0,012 кг изотопа углерода12С.

Знаямассу одного атома углерода (1,93310-26кг), можно вычислить число атомов NAв 0,012 кг углерода

NA= 0,012/1,93310-26= 6,021023 моль-1

6,021023 моль-1называется постояннойАвогадро(обозначение NA,размерность1/моль или моль-1).Она показывает число структурных единицв моле любого вещества.

Молярнаямасса– величина, равная отношению массывещества к количеству вещества. Онаимеет размерность кг/моль или г/моль.Обычно ее обозначают М.

Вобщем случае молярная масса вещества,выраженная в г/моль, численно равнаотносительной атомной (А) или относительноймолекулярной массе (М) этого вещества.Например, относительные атомные имолекулярные массы С, Fe,O2,H2Oсоответственно равны 12, 56, 32, 18, а ихмолярные массы составляют соответственно12 г/моль, 56 г/моль, 32 г/моль, 18 г/моль.

Следуетотметить, что масса и количество вещества– понятия разные. Масса выражается вкилограммах (граммах), а количествовещества – в молях. Между массой вещества(m,г), количеством вещества (ν,моль) и молярной массой (М, г/моль) существуют простые соотношения

                           m= νM;                      ν= m/M;                    M= m/ν.                     

Поэтим формулам легко вычислить массуопределенного количества вещества,либо определить число молей веществав известной массе его, либо найти молярнуюмассу вещества.

Относительная атомная и молекулярная массы

Вхимии традиционно применяют не абсолютныезначения масс, а относительные. Заединицу относительных атомных масс с1961 г. принята атомная единица массы(сокращенно а.е.м.), представляющая собой1/12 массы атома углерода-12, то есть изотопауглерода  12С.

Относительноймолекулярной массой(Мr)вещества называется величина, равнаяотношению средней массы молекулыестественного изотопического состававещества к 1/12 массы атома углерода 12С.

Относительнаямолекулярная масса численно равна суммеотносительных атомных масс всех атомов,входящих в состав молекулы, и легкоподсчитывается по формуле вещества,например, формула вещества ВхДуСz,тогда

Мr = хАВ+ уАД+ zАС.

Молекулярнаямасса имеет размерность а.е.м. и численноравна молярной массе (г/моль).

Газовые законы

Состояниегаза полностью характеризуется еготемпературой, давлением, объемом, массойи молярной массой. Законы, которыесвязывают эти параметры, для всех газовочень близки, а абсолютно точны дляидеальногогаза,у которого между частицами полностьюотсутствует взаимодействие, и частицыкоторого представляют собой материальныеточки.

Первыеколичественные исследования реакциймежду газами принадлежат французскомуученому Гей-Люссаку.Он является автором законов о тепловомрасширении газов и закона объемныхотношений.

Эти законы были объяснены в1811 году итальянским физиком А.Авогадро.

ЗаконАвога́дро — одноиз важных основных положений химии,гласящее, что «в равныхобъемах различных газов, взятых приодинаковых температуре и давлении,содержится одно и то же число молекул».

Следствияиз закона Авогадро:

1)молекулы большинства простых атомовдвухатомны (Н22и т.д.);

2)одинаковое число молекул различныхгазов при одинаковых условиях занимаютодинаковый объем.

3)при нормальных условиях один моль любогогаза занимает объем равный 22,4 дм3(л).Этот объем называетсямолярнымобъемом газа(Vо)(нормальные условия — tо= 0 °С или

То=273 К, Ро= 101325 Па = 101,325 кПа = 760мм. рт. ст. = 1 атм).

4)один моль любого вещества и атом любогоэлемента, независимо от условий иагрегатного состояния содержит одинаковоечисло молекул. Эточисло Авогадро(постоянная Авогадро)— опытным путем установлено, что эточисло равно

NA= 6,02213∙1023(молекул).

Такимобразом: для газов1 моль – 22,4 дм3(л)– 6,023∙1023молекул –М, г/моль;

длявещества1моль – 6,023∙1023молекул –М, г/моль.

Исходяиз закона Авогадро: приодном и том же давлении и одинаковыхтемпературах массы (m) равных объемовгазов относятся как их мольные массы(М)

m1/m2= M1/M2 = D,

гдеD — относительная плотность первого газапо второму.

Согласнозакону Р. Бойля – Э. Мариотта,при постоянной температуре давление,производимое данной массой газа, обратнопропорционально объёму газа

Ро/Р1= V1/Vоили РV = const.

Этоозначает, что по мере возрастаниядавления объем газа уменьшается. Впервыеэтот закон был сформулирован в 1662 г. Р.Бойлем. Поскольку к его созданию причастентакже французский ученый Э.

Мариотт, вдругих странах, кроме Англии, этот законназывают двойным именем.

Он представляетсобой частный случай законаидеального газа(описывающего гипотетический газ,идеально подчиняющийся всем законамповедения газов).

Позакону Ж. Гей-Люссака: припостоянном давлении объем газа изменяетсяпрямо пропорционально абсолютнойтемпературе (Т)

V1/T1= Vо/Tоили V/T = const.

 Зависимостьмежду объемом газа, давлением итемпературой можно выразить общимуравнением, объединяющим законыБойля-Мариотта и Гей-Люссак (объединенныйгазовый закон)

PV/T=PоVо/Tо,

гдеР и V — давление и объем газа при даннойтемпературе Т; Pои Vо-давление и объем газа при нормальныхусловиях (н.у.).

УравнениеМенделеева-Клапейрона(уравнениесостояния идеального газа) устанавливаетсоотношение массы (m, кг), температуры(Т, К), давления (Р, Па) и объема (V, м3)газа с его мольной массой (М, кг/моль)

PV=mRT/M,

гдеR — универсальная газовая постоянная,равная 8,314Дж/(моль•К). Кромеэтого газовая постоянная имеет еще двазначения:Р – мм рт.ст., V– см3 (мл), R= 62400;

Р– атм, V– дм3(л), R= 0,082.

Парциа́льноедавление (лат. partialis— частичный, от лат. pars— часть) — давлениеотдельно взятого компонента газовойсмеси. Общее давление газовой смесиявляется суммой парциальных давленийее компонентов.

Парциальноедавление газа, растворенного в жидкости,является парциальным давлением тогогаза, который образовался бы в фазегазообразования в состоянии равновесияс жидкостью при той же температуре.Парциальное давление газа измеряетсякак термодинамическая активностьмолекулгаза.

Газы всегда будут вытекать изобласти с высоким парциальным давлениемв область с более низким давлением; ичем больше разница, тем быстрее будетпоток. Газы растворяются, диффундируюти реагируют соответственно их парциальномудавлению и не обязательно зависимы отконцентрации в газовой смеси.

Законсложения парциальных давлений былсформулирован в 1801году Дж. Дальтоном.При этом правильное теоретическоеобоснование, основанное намолекулярно-кинети-ческойтеории, былосделано значительно позже.

ЗаконыДальтона — двафизическихзакона, определяющихсуммарное давлениеи растворимостьсмеси газови сформулированы им начале XIXвека:

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть