Svaka osoba zna da su tijela oko nas sastavljena od atoma i molekula. Imaju različite oblike i strukture. Prilikom rješavanja zadataka iz kemije i fizike često je potrebno pronaći masu molekule. Razmotrite u ovom članku nekoliko teorijskih metoda za rješavanje ovog problema.
Opće informacije
Prije nego razmislite kako pronaći masu molekule, trebali biste se upoznati sa samim konceptom. Evo nekoliko primjera.
Molekulom se obično naziva skup atoma koji su međusobno ujedinjeni jednom ili drugom vrstom kemijske veze. Također, treba ih se i može promatrati kao cjelina u raznim fizikalnim i kemijskim procesima. Ove veze mogu biti ionske, kovalentne, metalne ili van der Waalsove.
Dobro poznata molekula vode ima kemijsku formulu H2O. Atom kisika u njemu povezan je pomoću polarnih kovalentnih veza s dva atoma vodika. Ova struktura određuje mnoga fizička i kemijska svojstva tekuće vode, leda i pare.
Prirodni plin metan je još jedan svijetli predstavnik molekularne tvari. Formiraju se njegove česticeatom ugljika i četiri atoma vodika (CH4). U svemiru, molekule imaju oblik tetraedra s ugljikom u središtu.
Zrak je složena mješavina plinova, koja se uglavnom sastoji od molekula kisika O2 i dušika N2. Obje vrste su povezane jakim dvostrukim i trostrukim kovalentnim nepolarnim vezama, što ih čini vrlo kemijski inertnima.
Određivanje mase molekule kroz njezinu molarnu masu
Periodični sustav kemijskih elemenata sadrži veliku količinu informacija, među kojima su i jedinice atomske mase (amu). Na primjer, atom vodika ima amu 1, a atom kisika 16. Svaki od ovih brojeva označava masu u gramima koju će imati sustav koji sadrži 1 mol atoma odgovarajućeg elementa. Podsjetimo da je mjerna jedinica količine tvari 1 mol broj čestica u sustavu, koji odgovara Avogadrovom broju NA, jednak je 6,0210 23.
Kada razmatraju molekulu, oni ne koriste koncept amua, već molekularne težine. Potonji je jednostavan zbroj a.m.u. za atome koji čine molekulu. Na primjer, molarna masa za H2O bila bi 18 g/mol, a za O2 32 g/mol. Imajući opći koncept, možete nastaviti s izračunima.
Molarnu masu M lako je koristiti za izračunavanje mase molekule m1. Da biste to učinili, koristite jednostavnu formulu:
m1=M/NA.
U nekim zadacimamože se dati masa sustava m i količina materije u njemu n. U ovom slučaju, masa jedne molekule izračunava se na sljedeći način:
m1=m/(nNA).
Idealni plin
Ovaj koncept se zove takav plin, čije se molekule nasumično kreću u različitim smjerovima pri velikim brzinama, ne komuniciraju jedna s drugom. Udaljenosti između njih daleko premašuju njihove vlastite veličine. Za takav model vrijedi sljedeći izraz:
PV=nRT.
Zove se Mendelejev-Clapeyronov zakon. Kao što možete vidjeti, jednadžba povezuje tlak P, volumen V, apsolutnu temperaturu T i količinu tvari n. U formuli, R je plinska konstanta, numerički jednaka 8,314. Napisani zakon naziva se univerzalnim jer ne ovisi o kemijskom sastavu sustava.
Ako su poznata tri termodinamička parametra - T, P, V i vrijednost m sustava, tada masu idealne molekule plina m1 nije teško odrediti po sljedećoj formuli:
m1=mRT/(NAPV).
Ovaj izraz se također može napisati u terminima gustoće plina ρ i Boltzmannove konstante kB:
m1=ρkBT/P.
Primjer problema
Poznato je da je gustoća nekog plina 1,225 kg/m3pri atmosferskom tlaku 101325 Pa i temperaturi 15 oC. Kolika je masa molekule? O kojem plinu govoriš?
Zato što nam je dan tlak, gustoća i temperaturasustava, tada možete koristiti formulu dobivenu u prethodnom odlomku za određivanje mase jedne molekule. Imamo:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Da odgovorimo na drugo pitanje problema, pronađimo molarnu masu M plina:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Dobljena vrijednost molarne mase odgovara plinskom zraku.
