Молекулярная масса. Молекулярная масса: базовые принципы определения Молекулярный вес
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 М r – это отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода.
М r = (m 0) : (m 0C / 12)
где m 0 – масса молекулы (или атома) данного вещества, m 0C – масса атома углерода.
Относительная молекулярная (или атомная) масса вещества показывает, во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы изотопа углерода С 12 . Относительная молекулярная (атомная) масса выражается в атомных единицах массы.
Атомная единица массы – это 1/12 массы изотопа углерода С 12 . 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:
m 0Mg = 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 (Н 2 О) будет равна:
m 0Н2О = 2 * m 0H + m 0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 a.e.м. = 29,905 * 10 -27 кг
Моль равен количеству вещества системы, в которой содержится столько же молекул, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода С 12 . 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 / N A
где N – количество молекул в данном теле, N A – количество молекул в 1 моле вещества, из которого состоит тело.
N A – 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.
N A = 6,02 * 10 23 моль -1
Молярная масса – это масса вещества, взятого в количестве одного моля:
μ = m 0 * N A
где m 0 – 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 * M r [кг*моль -1 ]
Масса любого количества вещества m равна произведению массы одной молекулы m 0 на количество молекул:
m = m 0 N = m 0 N A ν = 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:
m 0 = m / N = m / νN A = μ / N A
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 -27 кг. Тогда молярная масса будет:
μ = m 0Mg * N A = 40,3463 * 10 -27 * 6,02 * 10 23 = 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).
Вам понадобится
- - периодическая таблица химических элементов;
- - понятие о строении молекулы и атома;
- - калькулятор.
Инструкция
Если известна , определите его молярную массу. Для этого определите , из которых состоит молекула, и найдите их относительные атомные массы в периодической системе химических элементов. Если один атом встречается в n раз, умножьте его массу на это число. Затем сложите найденные значения и получите молекулярную массу данного вещества, которая равна его молярной массе в г/моль. Найдите массу одной , поделив молярную массу вещества M на постоянную Авогадро NА=6,022∙10^23 1/моль, m0=M/ NА.
Пример Найдите массу одной молекулы воды. Молекула воды (Н2О) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Относительная атомная масса водорода равна 1, для двух атомов получим число 2, а относительная атомная масса кислорода равна 16. Тогда молярная масса воды будет равна 2+16=18 г/моль. Определите массу одной молекулы: m0=18/(6,022^23)≈3∙10^(-23) г.
Массу молекулы можно рассчитать, если известно количество молекул в данном веществе. Для этого поделите общую массу вещества m на количество частиц N (m0=m/N). Например, если известно, что в 240 г вещества содержится 6∙10^24 молекул, то масса одной молекулы составит m0=240/(6∙10^24)=4∙10^(-23) г.
Определите массу одной молекулы вещества с достаточной точностью, узнав количество протонов и нейтронов, которые входят в состав ее ядер атомов, из которых она состоит. Массой электронной оболочки и дефектом масс в данном случае следует пренебречь. Массу протона и нейтрона берите равной 1,67∙10^(-24) г. Например, если известно, если молекула состоит из двух атомов кислорода, какова ее масса? Ядро атома кислорода имеет в своем составе 8 протонов и 8 нейтронов. Общее количество нуклонов 8+8=16. Тогда масса атома равна 16∙1,67∙10^(-24)=2,672∙10^(-23) г. Поскольку молекула состоит из двух атомов, то ее масса равна 2∙2,672∙10^(-23)=5,344∙10^(-23) г.
Молекула – это мельчайшая частица вещества, являющаяся носителем его химических свойств. Молекула электрически нейтральна. Химические свойства определяются совокупностью и конфигурацией химических связей между атомами, входящими в ее состав. Ее размеры, в подавляющем большинстве случаев, настолько малы, что даже в крохотном образце вещества их количество невообразимо огромно.
Инструкция
Представьте, что у вас есть какая-то емкость, плотно заполненная маленькими одинаковыми шариками. Вам известно, например, что общая масса этих шариков – , а их количество – 10 тысяч штук. Как найти массу одного ? Проще простого: разделив 1000 кг на 10000 штук, получите: 0,1 кг или 100 грамм.
В вашем случае роль количества шариков сыграет так называемый «моль». Это количество вещества, в котором содержится 6,022*10^23 его элементарных - , атомов, ионов. По-другому эта величина называется «число Авогадро», в честь знаменитого итальянского ученого. Значение моля любого вещества (молярная масса) численно совпадает с его молекулярной массой хотя измеряется в других величинах. То есть, просуммировав атомные веса всех элементов, входящих в молекулы какого-либо вещества (с учетом индексов, разумеется), вы определите не только молекулярную массу, но и численную величину его молярной массы. Вот она-то и играет роль массы тех самых шариков в предыдущем примере.
Выраженная в атомных единицах массы . Численно равна молярной массе . Однако следует чётко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и различаются по размерности.
Молекулярные массы сложных молекул можно определить, просто складывая молекулярные массы входящих в них элементов. Например, молекулярная масса воды (H 2 O) есть
M H 2 O = 2 M H + M O ≈ 2·1+16 = 18 а. е. м.См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Молекулярный вес" в других словарях:
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС - есть относительный вес молекулы вещества. Кроме возможности находиться в трех различных фазах (см. Аггрвгатное состояние) вещества обладают способностью распределяться одно в другом, образуя так наз. растворы. Согласно вант Гоффу (van t Hoff)… … Большая медицинская энциклопедия
См. Молекулярная масса … Большой Энциклопедический словарь
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС, термин, который ранее использовался для обозначения ОТНОСИТЕЛЬНОЙ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ … Научно-технический энциклопедический словарь
молекулярный вес - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN molecular weightM … Справочник технического переводчика
Молекулярный вес М в - Молекулярный вес, М. в. * малекулярная вага, М. в. * molecular weight or M. w. сумма атомных весов всех атомов, из которых состоит данная молекула. Часто отождествляется с терминами «молекулярная масса» (см.) и «относительная молекулярная масса»… … Генетика. Энциклопедический словарь
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС - устарев шее и неправильное название молекулярной относительной (см.) … Большая политехническая энциклопедия
То же, что молекулярная масса. * * * МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС, см. Молекулярная масса (см. МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА) … Энциклопедический словарь
Молекулярная масса - одно из основных понятий в современной химии. Ее ввод стал возможным после научного обоснования утверждения Авогадро о том, что многие вещества состоят из мельчайших частиц - молекул, каждая из которых, в свою очередь, состоит из атомов. Этим суждением наука во многом обязана итальянскому химику Амадео Авогадро, который научно обосновал молекулярное строение веществ и подарил химии многие важнейшие понятия и законы.
Единицы масс элементов
Первоначально за базовую единицу атомной и молекулярной массы брали атом водорода как наиболее легкого из элементов во Вселенной. Но атомные массы в большинстве своем вычислялись но основе их кислородных соединений, поэтому было принято решение выбрать новый эталон для определения атомных масс. Атомную массу кислорода приняли равной 15, атомную массу самого легкого вещества на Земле, водорода, - 1. В 1961 году кислородная система определения веса была общепринятой, но создавала определенные неудобства.
В 1961 году была принята новая шкала относительных атомных масс, эталоном для которой стал изотоп углерода 12 С. Атомная единица массы (сокращенно а.е.м.) составляет 1/12 часть массы этого эталона. В настоящее время атомной массой называют массу атома, которая должна быть выражена в а.е.м.
Масса молекул
Масса молекула любого вещества равна сумме масс всех атомов, образующих данную молекулу. Самая легкая молекулярная масса газа у водорода, его соединение пишется как Н 2 и имеет значение, приближенное к двум. Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Значит, ее молекулярная масса равна 15,994 + 2*1.0079=18.0152 а.е.м. Самые большие молекулярные массы имеют сложные органические соединения - белки и аминокислоты. Молекулярная масса структурной единицы белка колеблется от 600 до 10 6 и выше, в зависимости от количества пептидных цепей в этой макромолекулярной структуре.
Моль
Одновременно со стандартными единицами массы и объема в химии используется совершенно особая системная единица - моль.
Моль - это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (ионов, атомов, молекул, электронов), столько содержится в 12 граммах изотопа 12 С.
При применении меры количества вещества необходимо указывать, какие именно структурные единицы имеются в виду. Как следует из понятия «моль», в каждом отдельном случае следует точно указывать, о каких структурных единицах идет речь - например, моль ионов Н + , моль молекул Н 2 и прочее.
Молярная и молекулярная масса
Масса количества вещества в 1 моль измеряется в г/моль и называется молярной массой. Отношение между молекулярной и молярной массой можно записать в виде уравнения
ν = k × m/M, где к - коэффициент пропорциональности.
Нетрудно сказать, что для любых соотношений коэффициент пропорциональности будет равен единице. Действительно, изотоп углерода имеет относительную молекулярную массу 12 а.е.м, а, согласно определению, молярная масса этого вещества равна 12 г/моль. Отношение молекулярной массы к молярной равно 1. Отсюда можно сделать вывод, что молярная и молекулярная масса имеют одинаковые числовые значения.
Объемы газов
Как известно, все окружающие нас вещества могут пребывать в твердом, жидком или газообразном агрегатном состоянии. Для твердых тел наиболее распространенной базовой мерой является масса, для твердых и жидких - объем. Это связано с тем, что твердые тела сохраняют свою форму и конечные размеры, Жидкие и газообразные вещества конечных размеров не имеют. Особенность любого газа состоит в том, что между его структурными единицами - молекулами, атомами, ионами - расстояние во много раз больше, чем такие же расстояния в жидкостях или твердых телах. Например, один моль воды в нормальных условиях занимает объем 18 мл - приблизительно столько же вмещается в одну столовую ложку. Объем одного моля мелкокристаллической поваренной соли - 58,5 мл, а объем 1 моля сахара больше моля воды в 20 раз. Для газов места требуется еще больше. Один моль азота при нормальных условиях занимает объем, в 1240 раз больший, чем один моль воды.
Таким образом, объемы газообразных веществ существенно отличаются от объемов жидких и твердых. Это обусловлено разностью растояний между молекулами веществ в различных агрегатных состояниях.
Нормальные условия
Состояние любого газа сильно зависит от температуры и давления. Например, азот при температуре в 20 °С занимает объем в 24 литра, а при 100 °С при том же самом давлении - 30,6 литров. Химики учли такую зависимость, поэтому было принято решение сводить все операции и измерения с газообразными веществами к нормальным условиям. Во всем мире параметры нормальных условий одинаковы. Для газообразных химических веществ это:
- Температура в 0°С.
- Давление в 101,3 кПа.
Для нормальных условий принято специальное сокращение - н.у. Иногда в задачах это обозначение не пишется, тогда следует внимательно перечитать условия задачи и привести заданные параметры газа к нормальным условиям.
Расчет объема 1 моля газа
В качестве примера несложно выполнить расчет одного моля любого газа, например азота. Для этого сначала нужно найти значение его относительной молекулярной массы:
М r (N 2)= 2×14=28.
Поскольку относительная молекулярная масса вещества численно равна молярной, то M(N 2)=28 г/ моль.
Опытным путем выяснено, что при нормальных условиях плотность азота равна 1,25 г/литр.
Подставим это значение в стандартную формулу, известную со школьного курса физики, где:
- V — объем газа;
- m — масса газа;
- ρ — плотность газа.
Получим, что молярный объем азота при нормальных условиях
V(N 2)= 25г/моль: 1,25 г/ литр =22,4 л/ моль.
Получается, что один моль азота занимает 22,4 литра.
Если выполнить такую операцию со всеми существующими газовыми веществам, можно прийти к удивительному выводу: объем любого газа при нормальных условиях равен 22,4 литра. Вне зависимости от того, о каком газе идет речь, какова его структура и физико-химические характеристики, один моль этого газа будет занимать объем 22,4 литра.
Молярный объем газа - одна из важнейших констант в химии. Эта постоянная позволяет решить многие химические задачи, связанные с измерением свойств газов при нормальных условиях.
Итоги
Молекулярная масса газообразных веществ важна для определения количества вещества. А если исследователь знает количество вещества того или иного газа, он может определить массу или объем такого газа. Для одной и той же порции газообразного вещества одновременно выполняются условия:
ν = m/ M ν= V/ V m.
Если убрать постоянную ν, можно уравнять эти два выражения:
Так можно вычислить массу одной порции вещества и его объем, а также становится известной молекулярная масса исследуемого вещества. Применяя эту формулу, можно легко вычислить соотношение объем-масса. При приведении данной формулы к виду M= m V m /V станет известна молярная масса искомого соединения. Для того чтобы вычислить это значение, достаточно узнать массу и объем исследуемого газа.
Следует помнить, что строгое соответствие реальной молекулярной массы вещества к той, что найдена по формуле, невозможно. Любой газ содержит массу примесей и добавок, которые вносят определенные изменения в его структуру и влияют на определение его массы. Но эти колебания вносят изменения в третью или четвертую цифру после запятой в найденном результате. Поэтому для школьных задач и экспериментов найденные результаты вполне правдоподобны.
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ВЕС (син. молекулярная масса ) - масса молекулы вещества, выраженная в углеродных единицах атомной массы (углеродная единица атомной массы - 1/12 массы атома изотопа углерода 12 C); наряду с атомными массами служит основой для всевозможных расчетов, выполняемых с помощью хим. формул и уравнений, в т. ч. расчетов, производимых в биохим. и клинико-диагностических лабораториях.
Если известна хим. формула вещества, то его М. в. может быть вычислен как сумма атомных весов (масс) атомов хим. элементов (см. Атомный вес), входящих в состав молекулы данного вещества. Напр., М. в. углекислого газа (CO 2) равен:
12,011 + 2 * 15,9994 = 44,0098.
Для веществ, находящихся в газообразном или растворенном состоянии, экспериментальные методы определения М. в. наиболее обоснованны. М. в. (М1) газа обычно определяют, измерив его относительную плотность D по газу, М. в. к-рого (М2) известен; тогда М1 = M2*D. М. в. газа можно также определить, если известна его нормальная плотность d, т. е. масса 1 л газа в граммах при давлении 760 мм рт. ст. и 0 °C. В этом случае М. в. газа равен M = 22,42*d.
Для определения М. в. растворенного вещества в таком растворителе, в к-ром это вещество не подвергается диссоциации или ассоциации, наиболее часто измеряют понижение температуры замерзания р-ра Δt (см. Криометрия), наблюдаемое при растворении а г исследуемого вещества в b г растворителя: М = (K*a*1000)/(Δt*b), где К - криометрическая (криоскопическая) постоянная растворителя.
М. в. растворенного вещества можно также определить, измерив осмотическое давление р-ра (см. Осмотическое давление). В этом случае M = (m*R*T)/p, где m - масса растворенного вещества в граммах, содержащаяся в 1 л р-ра, p - осмотическое давление в атм, T - температура в градусах по Кельвину и R - газовая постоянная в л*атм/моль*град. Этот метод с успехом применяется для определения М. в. белков, полисахаридов, нуклеиновых и других высокомолекулярных соединений (см.). М. в. белков и других биополимеров можно определить методом ультрацентрифугирования (см.).
В практике биохим., клин, и сан.-гиг. лабораторий для выполнения различного рода расчетов широко пользуются также единицей количества вещества, называемой молем.
Моль - это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода 12 C. Число молекул, атомов или других структурных единиц, содержащихся в одном моле любого вещества, называемое числом Авогадро, определено с большой точностью. Для практических расчетов его принимают равным
6,023*10 23 моль -1 .
Масса одного моля вещества, выраженная в граммах, численно равная М. в. вещества, называется мольной массой, или грамм-молекулой.
Библиография: Белки, под ред. Г. Нейрата и К. Бэйли, пер. с англ., т. 2, с. 276, М., 195 6: Гауровиц Ф. Химия и функция белков, пер. с англ., М., 1965; Ост-вальд-Лютер - Дру кер, Физикохимические измерения, пер. с нем., ч. 1, €. 294, Л., 1935.
