Vsak človek ve, da so telesa okoli nas sestavljena iz atomov in molekul. Imajo različne oblike in strukture. Pri reševanju problemov iz kemije in fizike je pogosto treba najti maso molekule. V tem članku razmislite o več teoretičnih metodah za reševanje tega problema.
Splošne informacije
Preden razmislite, kako najti maso molekule, se morate seznaniti s samim konceptom. Tukaj je nekaj primerov.
Molekula običajno imenujemo niz atomov, ki so med seboj združeni z eno ali drugo vrsto kemične vezi. Prav tako jih je treba in jih je mogoče obravnavati kot celoto v različnih fizikalnih in kemičnih procesih. Te vezi so lahko ionske, kovalentne, kovinske ali van der Waalsove.
Poznana molekula vode ima kemijsko formulo H2O. Atom kisika v njem je povezan s polarnimi kovalentnimi vezmi z dvema atomoma vodika. Ta struktura določa številne fizikalne in kemične lastnosti tekoče vode, ledu in pare.
Naravni plin metan je še en svetel predstavnik molekularne snovi. Nastanejo njeni delciatom ogljika in štirje atomi vodika (CH4). V vesolju imajo molekule obliko tetraedra z ogljikom v središču.
Zrak je kompleksna mešanica plinov, ki je v glavnem sestavljena iz molekul kisika O2 in dušika N2. Obe vrsti sta povezani z močnimi dvojnimi in trojnimi kovalentnimi nepolarnimi vezmi, zaradi česar sta zelo kemično inertni.
Določanje mase molekule prek njene molske mase
Periodični sistem kemičnih elementov vsebuje veliko količino informacij, med katerimi so enote atomske mase (amu). Na primer, atom vodika ima amu 1, kisikov atom pa 16. Vsaka od teh številk označuje maso v gramih, ki jo bo imel sistem, ki vsebuje 1 mol atomov ustreznega elementa. Spomnimo se, da je merska enota količine snovi 1 mol število delcev v sistemu, ki ustreza Avogadrovemu številu NA, enako je 6,0210 23.
Ko razmišljajo o molekuli, uporabljajo koncept ne amu, temveč molekulsko maso. Slednji je preprosta vsota a.m.u. za atome, ki sestavljajo molekulo. Na primer, molska masa za H2O bi bila 18 g/mol, za O2 pa 32 g/mol. Če imate splošen koncept, lahko nadaljujete z izračuni.
Molarno maso M je enostavno uporabiti za izračun mase molekule m1. Če želite to narediti, uporabite preprosto formulo:
m1=M/NA.
Pri nekaterih opravilihlahko podamo maso sistema m in količino snovi v njem n. V tem primeru se masa ene molekule izračuna na naslednji način:
m1=m/(nNA).
Idealni plin
Ta koncept se imenuje takšen plin, katerega molekule se naključno gibljejo v različnih smereh z velikimi hitrostmi, ne sodelujejo med seboj. Razdalje med njimi veliko presegajo njihove lastne velikosti. Za tak model velja naslednji izraz:
PV=nRT.
Imenuje se Mendeleev-Clapeyronov zakon. Kot lahko vidite, enačba povezuje tlak P, prostornino V, absolutno temperaturo T in količino snovi n. V formuli je R plinska konstanta, številčno enaka 8,314. Napisani zakon se imenuje univerzalni, ker ni odvisen od kemične sestave sistema.
Če so znani trije termodinamični parametri - T, P, V in vrednost m sistema, potem mase idealne molekule plina m1 ni težko določiti po naslednji formuli:
m1=mRT/(NAPV).
Ta izraz lahko zapišemo tudi v smislu gostote plina ρ in Boltzmannove konstante kB:
m1=ρkBT/P.
Primer težave
Znano je, da je gostota nekaterih plinov 1,225 kg/m3pri atmosferskem tlaku 101325 Pa in temperaturi 15 oC. Kakšna je masa molekule? O katerem plinu govoriš?
Ker so nam dani tlak, gostota in temperaturasistemu, potem lahko s formulo, pridobljeno v prejšnjem odstavku, določite maso ene molekule. Imamo:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Za odgovor na drugo vprašanje problema poiščimo molsko maso M plina:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Dobljena vrednost molske mase ustreza plinastemu zraku.
