Количество вещества. Молярная масса
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Отношение массы (m) вещества к его количеству (n) называют молярной массой вещества :
Молярную массу обычно выражают в г/моль, реже в кг/кмоль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то молярная масса вещества пропорциональная массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной атомной массе данного вещества (M r):
где κ - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ. Относительная молекулярная масса - величина безразмерная. Её вычисляют, используя относительные атомные массы химических элементов, указанных в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Как известно, молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы:
Mr(HX) = Ar(H) + Ar(X).
M (HX) = Mr(HX) = Ar(H) + Ar(X).
Для того, чтобы легче не затрачивать каждый раз время на расчет молярной массы конкретного вещества используют таблицу молярных масс, которая выглядит следующим образом:
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Составьте формулы двух оксидов меди, если массовые доли меди в них 79,9% и 88,8%. |
| Решение |
ω 1 (О) = 100% — ω 1 (Cu) = 100% — 79,9% = 20,1%; ω 2 (О) = 100% — ω 2 (Cu) = 100% — 88,8% = 11,2%. Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (медь) и «у» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел): x:y = ω 1 (Cu)/Ar(Cu) : ω 1 (O)/Ar(O); x:y = 79,9/64: 20,1/16; x:y = 1,25: 1,25 = 1: 1. Значит формула первого оксида меди будет иметь вид CuO. x:y = ω 2 (Cu)/Ar(Cu) : ω 2 (O)/Ar(O); x:y = 88,8/64: 11,2/16; x:y = 1,39: 0,7 = 2: 1. Значит формула второго оксида меди будет иметь вид Cu 2 O. |
| Ответ | CuO и Cu 2 O |
ПРИМЕР 2
| Задание | Составьте формулы двух оксидов железа, если массовые доли железа в них 77,8% и 70,0%. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Найдем массовую долю в каждом из оксидов меди: ω 1 (О) = 100% — ω 1 (Fe) = 100% — 77,8% = 22,2%; ω 2 (О) = 100% — ω 2 (Fe) = 100% — 70,0% = 30,0%. Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (железо) и «у» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел): x:y = ω 1 (Fe)/Ar(Fe) : ω 1 (O)/Ar(O); x:y = 77,8/56: 22,2/16; x:y = 1,39: 1,39 = 1: 1. Значит формула первого оксида железа будет иметь вид FeO. x:y = ω 2 (Fe)/Ar(Fe) : ω 2 (O)/Ar(O); x:y = 70/56: 30/16; x:y = 1,25: 1,875 = 1: 1,5 = 2: 3. Значит формула второго оксида железа будет иметь вид Fe 2 O 3 . |
| Ответ | FeO, Fe 2 O 3 |
Массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения удобно выбрать массу одного из атомов и выражать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дальтон, который составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водорода за единицу.
До 1961 года в физике за атомную единицу массы (а.е.м. сокращенно) принимали 1/16 массы атома кислорода 16 О, а в химии - 1/16 средней атомной массы природного кислорода, который является смесью трех изотопов. Химическая единица массы была на 0,03% больше, чем физическая.
Атомная масса и относительная атомная масса элемента
В настоящее время за в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной единицы атомной массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода 12 С.
1 а.е.м. = 1/12 m(12 С) = 1,66057×10 -27 кг = 1,66057×10 -24 г.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительная атомная масса элемента (A r) - это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12 С.
При расчете относительной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа 35 Сl (75,5%) и 37 Сl (24,5%).Относительная атомная масса хлора равна:
A r (Cl) = (0,755×m(35 Сl) + 0,245×m(37 Сl)) / (1/12×m(12 С) = 35,5.
Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.:
m(Cl) = 35,5 ×1,66057×10 -24 = 5,89×10 -23 г.
Относительная молекулярная масса элемента
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Относительная молекулярная масса вещества (M r) - это безразмерная величина, равная отношению массы молекулы вещества к 1/12 массы атома 12 С.
Относительная молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы, например:
M r (N 2 O) = 2×A r (N) + A r (O) = 2×14,0067 + 15,9994 = 44,0128.
Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м.
Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.
Моль - это количество вещества, которое содержит столько же частиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа 12 С.
Масса одного атома 12 С равна 12 а.е.м., поэтому число атомов в 12 г изотопа 12 С равно:
N A = 12 г / 12 × 1,66057×10 -24 г = 1/1,66057×10 -24 = 6,0221×10 -23 .
Таким образом, моль вещества содержит 6,0221×10 -23 частиц этого вещества.
Физическую величину N A называют постоянной Авогадро, она имеет размерность = моль -1 . Число 6,0221×10 -23 называют числом Авогадро.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молярная масса (М) - это масса 1 моль вещества.
Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы M r равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:
M = N A × m (1 молекулы) = N A × M r × 1 а.е.м. = (N A ×1 а.е.м.) × M r = × M r .
Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.
Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным.
Химия - наука крайностей. В том смысле, что фактические, настоящие, описывающие действительность числа в ней или крайне малы, или крайне велики. Очень многих испугало бы число с 23 нулями. Это действительно много. А ведь столько единиц (штук) содержится в одном моле вещества. Вы бы хотели проводить расчеты с такими колоссальными числами? Это неудобно. Но в наше время любой школьник решает задачи по химии с помощью листа бумаги и простого калькулятора. Это возможно благодаря особому языку упрощения, созданному химиками. И одно из главных словосочетаний этого языка - «молярная масса».
Формула по определению
Определить молярную массу просто: массу вещества следует разделить на его химическое количество. То есть вы узнаете, сколько весит один моль данного вещества. Есть и другой путь определить молярную массу, но тут главное - не запутаться. Молярная масса равна численно атомной или молекулярной массе. Но вот единицы измерения разные.
А вообще зачем?
В каких ситуациях вам может понадобиться молярная масса? Классический пример - необходимость выявить формулу вещества. Далеко не все вещества и не во всех ситуациях можно определить по химическим свойствам и внешнему виду, иногда необходимо считать количественные соотношения. Если вы знаете фактические количества веществ, можно вычислить вид атомов и их пропорции в веществе. И вам понадобится помощь старенького химика. Действительно очень старого. Самого Менделеева.
Связи понятий
Чем нам поможет таблица великого ученого? Молярная масса вещества по числу равна атомной (для атомарных веществ и чистых металлов) или молекулярной массе, но измеряется в других единицах. Эта характеристика вещества будет значиться в граммах на моль, молекулярная - в атомных единицах массы. Как получилось, что числа эти одинаковые? Те значения, которые вы видите в таблице для элементов, были вычислены опытным путем. Каждый вид атомов удалось взвесить и определить его массу в удобных единицах. Поэтому вы видите не минус двадцать седьмую степень, а вполне приличные числа, чаще всего в пределах единицы и сотни. Есть и элементы-тяжеловесы, но в школьных задачниках они обычно не упоминаются.
Если не все числа под рукой
А что, если вещество состоит из молекул и вы знаете, что это? Как ищется молярная масса вещества, если нет массы его и химического количества одновременно по условиям задачи? Это просто, находите каждый вид атомов (элемент) в таблице и умножаете атомные массы на количество атомов в молекуле для разных элементов. А затем просто суммируете - и получаете молекулярную массу, которая будет совершенно точно совпадать с молярной. Для современных юных химиков все уже подготовлено - для известной формулы вещества искомую величину вычислить не составляет никакой проблемы.
Если вы понимаете суть химии, она покажется вам очень легкой. Основная нагрузка при освоении данной науки - это изучать и запоминать свойства конкретных веществ, а вот общие процессы и описания - проще некуда. Один раз поймете, потренируетесь - никогда в жизни не запутаетесь.
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 и молекуряная масса
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
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
Отличительные особенности
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
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
пишем запрос molar NaMgU3O24C18H27
получаем ответ
Если же в входных параметрах написать символ- восклицательный знак, то получим такой ответ
Атомы и молекулы – мельчайшие частицы вещества, поэтому в качестве единицы измерения можно выбрать массу одного из атомов и выражать массы других атомов в соотношении с выбранной. Так что же такое молярная масса, и какова ее размерность?
Что такое молярная масса?
Основоположником теории атомных масс был ученый Дальтон, который составил таблицу атомных масс и принял массу атома водорода за единицу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества. Моль, в свою очередь, – количество вещества, в котором содержится определенное количество мельчайших частиц, которые участвуют в химических процессах. Количество молекул, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Эта величина является постоянной и не изменяется.
Рис. 1. Формула числа Авогадро.
Таким образом, молярная масса вещества – это масса одного моля, в котором находится 6,02*10^23 элементарных частиц.
Число Авогадро получило свое название в честь итальянского ученого Амедео Авагадро, который доказал, что число молекул в одинаковых объемах газов всегда одинаково
Молярная масса в Международной системе СИ измеряется в кг/моль, хотя обычно эту величину выражают в грамм/моль. Эта величина обозначается английской буквой M, а формула молярной массы выглядит следующим образом:
где m – масса вещества, а v – количество вещества.
Рис. 2. Расчет молярной массы.
Как найти молярную массу вещества?
Вычислить молярную массу того или иного вещества поможет таблица Д. И. Менделеева. Возьмем любое вещество, например, серную кислоту.Ее формула выглядит следующим образом: H 2 SO 4 . Теперь обратимся к таблице и посмотрим, какова атомная масса каждого из входящих в состав кислоты элементов. Серная кислота состоит из трех элементов – водород, сера, кислород. Атомная масса этих элементов соответственно – 1, 32, 16.
Получается, что суммарная молекулярная масса равна 98 атомных единиц массы (1*2+32+16*4). Таким образом, мы выясняли, что один моль серной кислоты весит 98 грамм.
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе, если структурными единицами вещества являются молекулы. Молярная масса вещества также может быть равна относительной атомной массе, если структурными единицами вещества являются атомы.
Вплоть до 1961 года за атомную единицу массы принимали атом кислорода, но не целый атом а его 1/16 часть. При этом химическая и физическая единицы массы не были одинаковыми. Химическая была на 0,03% больше, чем физическая.
В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной е.а.м. выбрана 1/12 часть массы атома углерода.
Рис. 3. Формула единицы атомной массы углерода.
Молярная масса любого газа или пара измеряется очень легко. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.
Понятие молярной массы является очень важным для химии. Ее расчет необходим для создания полимерных комплексов и множества других реакций. В фармацевтике с помощью молярной массы определяют концентрацию данного вещества в субстанции. Также молярная масса важна при провидении биохимических исследований (обменный процесс в элементе).
В наше время благодаря развитию науки известны молекулярные массы практически всех составляющих крови, в том числе и гемоглобина.
Что мы узнали?
В 8 классе по химии важной темой является «молярная масса вещества». Молярная масса – важное физическое и химическое понятие. Молярная масса — характеристика вещества, отношение массы вещества к количеству молей этого вещества, то есть масса одного моля вещества. измеряется она в кг/моль или грамм/моль.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 331.
