Нахождение молекулярной массы вещества. Старт в науке

Большинство учеников средних школ одним из самых сложных и неприятных предметов для себя считают химию. На самом же деле химия не сложнее той же физики, или математики, а в некоторых случаях гораздо интереснее их. Многие ученики еще не приступив к изучению химии уже подсознательно ее бояться, наслушавшись отзывов от старшеклассников обо всех «ужасах» данного предмета и «тирании» его преподавателя.

Другой причиной сложностей с химией является то, что в ней используются некоторые специфические ключевые понятия и термины, с которыми ученик никогда ранее не сталкивался и аналогию которым сложно найти в обычной жизни. Без соответствующего объяснения со стороны преподавателя данные термины так и остаются непонятыми учениками, что затрудняет весь последующий процесс изучения химия.

Одним из таких терминов является понятие молярной массы вещества и задачи по ее нахождению. Это является основой основ всего предмета химии.

Что такое молярная масса вещества
Классическое определение гласит, что молярная масса - это масса одного моль вещества. Вроде бы все просто, но остается непонятным что такое «один моль» и имеет ли она какую-то связь с насекомыми.

Моль – это количество вещества, в котором содержится определенное количество молекул, если быть точным, то 6,02 ∙ 10 23 . Это число называется постоянной или числом Авогадро.

Все химические вещества имеют разный состав и размер молекул. Следовательно, если взять одну порцию, состоящую из 6,02 ∙ 10 23 молекул, то у разных веществ будет свой объем и своя масса этой порции. Масса данной порции и будет являться молярной массой конкретного вещества. Молярная масса традиционно обозначается в химии буквой M и имеет размерность г/моль и кг/моль.

Как найти молярную массу вещества
Прежде чем приступить к вычислению молярной массы вещества необходимо четко уяснить ключевые понятия, связанные с ней.

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.
Относительная атомная масса показывает во сколько раз масса атома конкретного химического элемента больше заранее определенной постоянной величины за которую принята масса 1/12 части атома углерода. Понятие относительной атомной массы введено для удобства, так как человеку сложно оперировать столь малыми числами как масса одного атома.
Если вещество состоит из ионов, то в этом случае говорят о его относительной формульной массе . Например, вещество карбонат кальция CaCO 3 состоит из ионов.
Относительную атомную массу вещества конкретного химического элемента можно найти в периодической таблице Менделеева. Например, для химического элемента углерода относительная атомная масса равна 12,011. Относительная атомная масса не имеет единиц измерения. Молярная масса углерода будет равна, как уже было сказано выше, относительной атомной, но при этом у нее появятся единицы измерения. То есть молярная масса углерода будет равна 12 г/моль. Это означает, что 6,02 ∙ 10 23 атомов углерода будут весить 12 грамм.
Относительную молекулярную массу можно найти как сумму атомных масс всех химических элементов, образующих молекулу вещества. Рассмотрим это на примере двуокиси углерода, или как его еще все называют углекислого газа, имеющего формулу CO 2 .
В молекулу углекислого газа входит один атом углерода и два атома кислорода. Используя таблицу Менделеева находим, что относительная молекулярная масса углекислого газа будет равна 12 + 16 ∙ 2 = 44 г/моль. Именно такой массой будет обладать порция углекислого газа, состоящая из 6,02 ∙ 10 23 молекул.
Классическая формула нахождения молярной массы вещества в химии имеет следующий вид:
M = m/n

где, m – масса вещества, г;
n – число молей вещества, то есть сколько порций по 6,02 ∙ 10 23 молекул, атомов или ионов в нем содержится, моль.
Соответственно число молей вещества может быть определено по формуле:
n = N/N a

где, N – общее число атомов или молекул;
N а – число или постоянная Авогадро, равная 6,02 ∙ 10 23 .
На этих двух формулах базируется большинство задач по нахождению молярной массы вещества в химии. Вряд ли для большинства людей будет непреодолимой трудностью использование двух взаимосвязанных отношений. Главное понять суть основных понятий таких как моль, молярная масса и относительная атомная масса и тогда решение задач по химии не вызовет у вас никаких затруднений.

В качестве вспомогательного средства для нахождения молярной массы вещества и решения большинства типовых задач по химии, связанных с ней, предлагаем воспользоваться нашим калькулятором. Пользоваться им очень просто. Под строкой химическая формула соединения в выпадающем списке выберите первый химический элемент, входящий в формулу строения химического вещества. В окно рядом со списком введите число атомов химического вещества. При числе атомов равном одному оставьте поле пустым. Если требуется добавить второй и последующий элементы, то нажмите зеленый плюс и повторите описанное выше действие до тех пор, пока не получите полную формулу вещества. Корректность ввода контролируйте по обновляющейся химической формуле соединения. Нажмите кнопку Рассчитать , чтобы получить значение молярной массы искомого вещества.

Чтобы решить большинство типовых задач по химии вы также можете добавить одно из известных условий: число молекул, число молей или массу вещества. Под кнопкой Рассчитать после ее нажатия будет приведено полное решение задачи на основе введенных исходных данных.

Если в химической формуле вещества встречаются скобки, то раскройте их, добавив к каждому элементу соответствующий индекс. Например, вместо классической формулы гидроксида кальция Ca(OH) 2 используйте в калькуляторе следующую формулу химического вещества CaO 2 H 2 .

Для этого необходимо воспользоваться таблицой Менделеева. В ячейке любого элемента дано число, чаще всего, с точностью до 3-4 знака после запятой - это относительная молекулярная масса (молярная масса) этого элемента. Обычно, молекулярную массу округляют по по соответствующим математическим правилам, за исключением хлора - молекулярная масса атома хлора равна 35,5. Молекулярная масса сложного вещества равна сумме молекулярных масс составляющих его элементов. Например, вода - H2O. Молекулярная масса водорода равна 1, кислорода - 16. Значит, молекулярная масса воды равна 2 * 1 + 16 = 18 г/моль.

Для определения молярной массы веществ необходимо:

иметь таблицу периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева;
знать количество атомов каждого элемента, в формуле рассматриваемого вещества;
знать определение понятий "молярная масса", "моль".

Формула вещества

Для описания вещества необходимо знать сколько атомов и какого вида содержит одна молекула рассматриваемого вещества. Например, инертный газ криптон существует при нормальных условиях (атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст., температура 273,15 K = 0°C) в атомарном виде Кr. Молекула угарного газа состоит из двух атомов углерода С и атома кислорода О: СО2. А теплоноситель холодильника - хладон 134 - имеет более сложную формулу: СF3CFH2.

Определения

Молярная масса Mr- масса одного моля вещества, измеряемая в г/моль.

Моль - количество вещества, которое содержит определенное количество атомов данного типа. Определяется как количество атомов в 12 г изотопа углерода С-12 и равно постоянной Авогадро N = 6,022 * 10^23 1/ моль.

Расчет молярной массы

Для определения молярной массы Mr вещества необходимо выяснить атомарную массу Аr каждого элемента, входящего в вещество, используя таблицу периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, и знать количество атомов каждого элемента.

Например, молярная масса Mr тетрабората натрия Na2B4O7 * 10 H2O равна:

M r (Na2B4O7 * 10 H2O) = 2 * Аr (Na) + 4 * Аr (B) + 7 * Аr (O) + 10* 2 * Аr (H) + 10 * Аr (О) = 2 * 23 + 4 * 11 + 7 * 16 + 10* 2 * 1 * 16 = 223 г/моль.

ЭПИГРАФ
И буду как моль для Ефрема...
Книга пророка Осии 5:12

Зная молекулярную массу вещества и молярность раствора можно рассчитать количество растворенного вещества и массовую долю растворенного вещества.

Подсчитать молекулярную массу можно на «Калькуляторе молекулярной массы» (откроется в новой вкладке), или самому, взяв данные (масса атома - число под символом элемента а таблице Менделеева)

В практических случаях молярность раствора приводят в кратных долях - милли, нано и пр. Ниже приведена таблица дольных единиц, рекомендованных в системе СИ

Терминология

Моль - единица измерения количества вещества, устаревшее название – грамм-молекула. Моль является одной из семи основных единиц в системе СИ. Точная формулировка понятия "моль" такова:
Толковый словарь по медицине

МОЛЯРНОСТЬ - (molarity) концентрация раствора, выраженная через массу (в граммах) растворенного вещества, содержащуюся в литре раствора, в отношении к его молекулярной массе (по другому молярность это число молей, содержащееся в одном литре раствора)

МОЛЯЛЬНОСТЬ - (molality) число молей растворённого вещества в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-моляльным.
Несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность - величины различные. В отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Вследствие этого моляльность не зависит от температуры. Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Количество специфицированных структурных элементов в одном моле вещества называется числом Авогадро. Число Авогадро приблизительно равно 6.022×10 23 моль -1

Из сказанного выше следует, что молярная масса углерода-12 составляет 12 г/моль. Чтобы определить молярную массу какого либо вещества, следует посчитать его молекулярную массу, которая равна сумме масс атомов, входящих в состав данной молекулы. Например, у соли NaCl масса атома натрия равна примерно 23, масса атома хлора - чуть больше 35, итого молекулярная масса составляет приблизительно 23+35=58, и молярная масса, соответственно, 58 г/моль. Молярная масса необходима для расчета содержания веществ в растворах, концентрация которых задана в форме молярности раствора . Определение молярности дано во врезке.

Например, согласно определению, одномолярный раствор хлористого натрия NaCl это раствор, в 1 литре которого содержится 1 моль (а это, как мы уже подсчитали, 58 грамм) NaCl. Соответственно, 0.1-молярный раствор будет содержать в литре 5.8 г NaCl. Зачастую молярность обозначают как M – 1M – 1-молярный раствор, 0.1M – 0.1-молярный раствор, и тд.

Другой случай. Вам необходимо приготовить 40 г 0.1-моляльного раствора NaCl. Из определения моляльности следует, что на 1 кг растворителя потребуется 5.844 NaCl. Допустим, на 40 г раствора потребуется Х грамм NaCl. Тогда растворителя потребуется (40-Х) грамм. Составим пропорцию и разрешим её относительно неизвестного Х. Получаем Х=40*0.1*58.44/1000 = 0.2324. Следовательно, для получения 40 г 0.1-моляльного NaCl следует 0.2324 г соли растворить в 40-0.2324 = 39,7676 г растворителя.
Этот расчет вы можете провести в приложении для Андроид на вкладке "Моляльность"

В практической и теоретической химии существуют и имеют практическое значение два таких понятия, как молекулярная (его часто заменяют понятием молекулярный вес, что не правильно) и молярная масса. Обе эти величины зависят от состава простого или сложного вещества.

Как определить или молекулярную? Обе эти физические величины нельзя (или почти нельзя) найти прямым измерением, например, взвешиванием вещества на весах. Их рассчитывают, исходя из химической формулы соединения и атомных масс всех элементов. Эти величины численно равны, но отличаются размерностью. выражается атомными единицами массы, которые являются условной величиной, имеют обозначение а. е. м., а также другое название — «дальтон». Единицы измерения молярной массы выражаются в г/моль.

Молекулярные массы простых веществ, молекулы которых состоят из одного атома, равны их атомным массам, которые указаны в периодической таблице Менделеева. Например, для:

натрия (Na) — 22,99 а. е. м.;
железа (Fe) — 55,85 а. е. м.;
серы (S) — 32,064 а. е. м.;
аргон (Ar) — 39,948 а. е. м.;
калия (K) — 39,102 а. е. м.

Также и молекулярные массы простых веществ, молекулы которых состоят из нескольких атомов химического элемента, рассчитывают как произведение атомной массы элемента на количество атомов в молекуле. Например, для:

кислорода (O2) — 16 . 2 = 32 а. е. м.;
азота (N2) — 14 .2 = 28 а. е. м.;
хлора (Cl2) — 35 . 2 = 70 а. е. м.;
озона (O3) — 16 . 3 = 48 а. е. м.

Рассчитывают молекулярные массы суммируя произведения атомной массы на число атомов для входящего в состав молекулы каждого элемента. Например, для:

(HCl) — 2 + 35 = 37 а. е. м.;
(CO) — 12 + 16 = 28 а. е. м.;
двуокиси углерода (CO2) — 12 + 16 . 2 = 44 а. е. м.

Но как найти молярную массу веществ?

Это сделать несложно, так как она является массой единицы количества конкретного вещества, выраженного в молях. То есть, если рассчитанную молекулярную массу каждого вещества умножить на постоянную величину, равную 1 г/моль, то получится его молярная масса. Например, как найти молярную массу (CO2)? Следует (12 + 16 . 2) .1 г/моль = 44 г/моль, то есть МСО2 = 44 г/моль. Для простых веществ, в молекулы, которых входит только один атом элемента, этот показатель, выраженный в г/молях численно совпадает с атомной массой элемента. Например, для серы MS = 32,064 г/моль. Как найти молярную массу простого вещества, молекула которого состоит из нескольких атомов, можно рассмотреть на примере кислорода: MO2 = 16 . 2 = 32 г/моль.

Здесь были приведены примеры для конкретных простых или сложных веществ. Но можно ли и как найти молярную массу продукта, состоящего из нескольких компонентов? Как и молекулярная, молярная масса многокомпонентной смеси является аддитивной величиной. Она является суммой произведений молярной массы компонента на его долю в смеси: M = ∑Mi . Xi, то есть может быть рассчитана как средняя молекулярная, так и средняя молярная масса.

На примере воздуха, в состав которого входит примерно 75,5 % азота, 23,15 % кислорода, 1,29 % аргона и 0,046 % двуокиси углерода (остальными примесями, которые содержатся в меньших количествах, можно пренебречь): Мвоздуха = 28 . 0,755 + 32 . 0,2315 + 40 . 0,129 + 44 . 0,00046 = 29,08424 г/моль ≈ 29 г/моль.

Как найти молярную массу вещества, если точность определения атомных масс, указанных в таблице Менделеева, разная? Для некоторых элементов она указана с точностью до десятых, для других с точностью до сотых, для третьих до тысячных, а для таких, как радон - до целых, для марганца до десятитысячных.

При расчете молярной массы не имеет смысла вести расчеты с большей точностью, чем до десятых, так как они имеют практическое применение, когда чистота самих химических веществ или реактивов будет вносить большую погрешность. Все эти расчеты носят приближенный характер. Но там, где химикам требуется большая точность, с помощью определенных процедур вносятся соответствующие поправки: устанавливается титр раствора, производятся калибровки по стандартным образцам и прочее.

ЭПИГРАФ
И буду как моль для Ефрема...
Книга пророка Осии 5:12

Зная массу атомов и формулу соединения, легко подсчитать молекулярную (или молярную) массу соединения.

Массу атомов для вычисления молекулярной массы растворенного вещества Впрочем, вам она не понадобится при расчете, скрипт сам выберет нужное значение.

Введите в поле ниже химическую формулу вещества. Допустимые символы - большие и маленькие латинские буквы (которые встречаются в символах элементов), цифры и круглые скобки. Например, этиловый спирт будет C2H5OH . Гидроксид алюминия - Al(OH)3 . Ошибки при вводе скрипт не анализирует, так что старайтесь набирать формулу аккуратно. Система различает большие и маленькие буквы. Например, Fe - это железо, а FE - это ошибка. Sc - это скандий, а SC - сера и углерод.
Проверьте формулу.
И нажмите кнопку Ввод .

Введите химическую формулу

Дополнительные замечания

Для начала определим моль - единицу измерения количества вещества, устаревшее название – грамм-молекула. Моль является одной из семи основных единиц в системе СИ. Точная формулировка понятия "моль" такова:
Википедия

МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА - (менее правильный термин: молекулярный вес) масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Численно равна молярной массе, выраженной в г/моль. Однако следует чётко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и различаются по размерности.
Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.
Количество специфицированных структурных элементов в одном моле вещества называется числом Авогадро. Число Авогадро приблизительно равно 6.022×10 23 моль -1

Разница между молярной массой и молекулярной массой - в размерности. Как следует из изложенного выше - молярная масса измеряется в г/моль, а молекулярная - в атомных единицах массы. Численно они равны