Každý vie, že telá okolo nás sa skladajú z atómov a molekúl. Majú rôzne tvary a štruktúry. Pri riešení úloh v chémii a fyzike je často potrebné nájsť hmotnosť molekuly. Zvážte v tomto článku niekoľko teoretických metód riešenia tohto problému.
Všeobecné informácie
Skôr ako začnete uvažovať o tom, ako nájsť hmotnosť molekuly, mali by ste sa zoznámiť so samotným konceptom. Tu je niekoľko príkladov.
Molekula sa zvyčajne nazýva súbor atómov, ktoré sú navzájom spojené jedným alebo druhým typom chemickej väzby. Tiež by mali a môžu byť považované za jeden celok v rôznych fyzikálnych a chemických procesoch. Tieto väzby môžu byť iónové, kovalentné, kovové alebo van der Waalsove.
Známa molekula vody má chemický vzorec H2O. Atóm kyslíka v ňom je spojený pomocou polárnych kovalentných väzieb s dvoma atómami vodíka. Táto štruktúra určuje mnohé z fyzikálnych a chemických vlastností tekutej vody, ľadu a pary.
Zemný plyn metán je ďalším jasným predstaviteľom molekulárnej látky. Vznikajú jeho časticeatóm uhlíka a štyri atómy vodíka (CH4). Vo vesmíre majú molekuly tvar štvorstenu s uhlíkom v strede.
Vzduch je komplexná zmes plynov, ktorá pozostáva hlavne z molekúl kyslíka O2 a dusíka N2. Oba typy sú spojené silnými dvojitými a trojitými kovalentnými nepolárnymi väzbami, čo ich robí vysoko chemicky inertnými.
Určenie hmotnosti molekuly prostredníctvom jej molárnej hmotnosti
Periodická tabuľka chemických prvkov obsahuje veľké množstvo informácií, medzi ktorými sú jednotky atómovej hmotnosti (amu). Napríklad atóm vodíka má amu 1 a atóm kyslíka 16. Každé z týchto čísel udáva hmotnosť v gramoch, ktorú bude mať systém obsahujúci 1 mól atómov zodpovedajúceho prvku. Pripomeňme, že mernou jednotkou množstva látky 1 mol je počet častíc v systéme, zodpovedajúci Avogadrovmu číslu NA, rovná sa 6,0210 23.
Pri zvažovaní molekuly nepoužívajú pojem amu, ale molekulovú hmotnosť. To posledné je jednoduchý súčet a.m.u. pre atómy, ktoré tvoria molekulu. Napríklad molárna hmotnosť pre H2O by bola 18 g/mol a pre O2 32 g/mol. Ak máte všeobecný koncept, môžete pristúpiť k výpočtom.
Molárna hmotnosť M sa ľahko používa na výpočet hmotnosti molekuly m1. Ak to chcete urobiť, použite jednoduchý vzorec:
m1=M/NA.
V niektorých úloháchhmotnosť sústavy m a množstvo hmoty v nej n možno uviesť. V tomto prípade sa hmotnosť jednej molekuly vypočíta takto:
m1=m/(nNA).
Ideálny plyn
Tento koncept sa nazýva taký plyn, ktorého molekuly sa náhodne pohybujú rôznymi smermi vysokou rýchlosťou, navzájom neinteragujú. Vzdialenosti medzi nimi ďaleko presahujú ich vlastnú veľkosť. Pre takýto model platí nasledujúci výraz:
PV=nRT.
Nazýva sa to Mendelejevov-Clapeyronov zákon. Ako vidíte, rovnica dáva do súvisu tlak P, objem V, absolútnu teplotu T a látkové množstvo n. Vo vzorci je R plynová konštanta, ktorá sa číselne rovná 8,314. Písaný zákon sa nazýva univerzálny, pretože nezávisí od chemického zloženia systému.
Ak sú známe tri termodynamické parametre - T, P, V a hodnota m systému, potom hmotnosť molekuly ideálneho plynu m1nie je ťažké určiť podľa nasledujúceho vzorca:
m1=mRT/(NAPV).
Tento výraz možno napísať aj ako hustotu plynu ρ a Boltzmannovu konštantu kB:
m1=ρkBT/P.
Príklad problému
Je známe, že hustota niektorých plynov je 1,225 kg/m3pri atmosférickom tlaku 101325 Pa a teplote 15 oC. Aká je hmotnosť molekuly? O akom plyne to hovoríš?
Pretože máme daný tlak, hustotu a teplotusystém, potom môžete použiť vzorec získaný v predchádzajúcom odseku na určenie hmotnosti jednej molekuly. Máme:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Ak chcete odpovedať na druhú otázku problému, nájdime molárnu hmotnosť M plynu:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Získaná hodnota molárnej hmotnosti zodpovedá plynnému vzduchu.
