Κάθε άτομο γνωρίζει ότι τα σώματα γύρω μας αποτελούνται από άτομα και μόρια. Έχουν διαφορετικά σχήματα και δομές. Κατά την επίλυση προβλημάτων στη χημεία και τη φυσική, είναι συχνά απαραίτητο να βρεθεί η μάζα ενός μορίου. Εξετάστε σε αυτό το άρθρο αρκετές θεωρητικές μεθόδους για την επίλυση αυτού του προβλήματος.
Γενικές πληροφορίες
Προτού σκεφτείτε πώς να βρείτε τη μάζα ενός μορίου, θα πρέπει να εξοικειωθείτε με την ίδια την έννοια. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα.
Μόριο ονομάζεται συνήθως ένα σύνολο ατόμων που ενώνονται μεταξύ τους με έναν ή άλλο τύπο χημικού δεσμού. Επίσης, πρέπει και μπορούν να θεωρηθούν ως σύνολο σε διάφορες φυσικές και χημικές διεργασίες. Αυτοί οι δεσμοί μπορεί να είναι ιοντικοί, ομοιοπολικοί, μεταλλικοί ή van der Waals.
Το γνωστό μόριο του νερού έχει τον χημικό τύπο H2O. Το άτομο οξυγόνου σε αυτό συνδέεται μέσω πολικών ομοιοπολικών δεσμών με δύο άτομα υδρογόνου. Αυτή η δομή καθορίζει πολλές από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του υγρού νερού, του πάγου και του ατμού.
Το φυσικό αέριο μεθάνιο είναι ένας άλλος φωτεινός εκπρόσωπος μιας μοριακής ουσίας. Τα σωματίδια του σχηματίζονταιένα άτομο άνθρακα και τέσσερα άτομα υδρογόνου (CH4). Στο διάστημα, τα μόρια έχουν σχήμα τετραέδρου με άνθρακα στο κέντρο.
Ο αέρας είναι ένα σύνθετο μείγμα αερίων, το οποίο αποτελείται κυρίως από μόρια οξυγόνου O2 και άζωτο N2. Και οι δύο τύποι συνδέονται με ισχυρούς διπλούς και τριπλούς ομοιοπολικούς δεσμούς, γεγονός που τους καθιστά εξαιρετικά χημικά αδρανείς.
Προσδιορισμός της μάζας ενός μορίου μέσω της μοριακής του μάζας
Ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων περιέχει μεγάλο όγκο πληροφοριών, μεταξύ των οποίων υπάρχουν μονάδες ατομικής μάζας (amu). Για παράδειγμα, ένα άτομο υδρογόνου έχει amu 1 και ένα άτομο οξυγόνου 16. Καθένας από αυτούς τους αριθμούς δείχνει τη μάζα σε γραμμάρια που θα έχει ένα σύστημα που περιέχει 1 mol ατόμων του αντίστοιχου στοιχείου. Θυμηθείτε ότι η μονάδα μέτρησης της ποσότητας της ουσίας 1 mole είναι ο αριθμός των σωματιδίων στο σύστημα, που αντιστοιχεί στον αριθμό Avogadro NA, είναι ίσος με 6,0210 23.
Όταν εξετάζουν ένα μόριο, χρησιμοποιούν την έννοια όχι του amu, αλλά του μοριακού βάρους. Το τελευταίο είναι ένα απλό άθροισμα του a.m.u. για τα άτομα που απαρτίζουν το μόριο. Για παράδειγμα, η μοριακή μάζα για το H2O θα ήταν 18 g/mol και για το O2 32 g/mol. Έχοντας μια γενική ιδέα, τότε μπορείτε να προχωρήσετε στους υπολογισμούς.
Η μοριακή μάζα M είναι εύκολη στη χρήση για τον υπολογισμό της μάζας ενός μορίου m1. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε έναν απλό τύπο:
m1=M/NA.
Σε ορισμένες εργασίεςμπορεί να δοθεί η μάζα του συστήματος m και η ποσότητα της ύλης σε αυτό n. Σε αυτή την περίπτωση, η μάζα ενός μορίου υπολογίζεται ως εξής:
m1=m/(nNA).
Ιδανικό αέριο
Αυτή η έννοια ονομάζεται ένα τέτοιο αέριο, τα μόρια του οποίου κινούνται τυχαία σε διαφορετικές κατευθύνσεις με υψηλές ταχύτητες, δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι αποστάσεις μεταξύ τους ξεπερνούν κατά πολύ τα δικά τους μεγέθη. Για ένα τέτοιο μοντέλο, ισχύει η ακόλουθη έκφραση:
PV=nRT.
Ονομάζεται νόμος Mendeleev-Clapeyron. Όπως μπορείτε να δείτε, η εξίσωση συσχετίζει την πίεση P, τον όγκο V, την απόλυτη θερμοκρασία T και την ποσότητα της ουσίας n. Στον τύπο, R είναι η σταθερά του αερίου, αριθμητικά ίση με 8,314. Ο γραπτός νόμος ονομάζεται καθολικός επειδή δεν εξαρτάται από τη χημική σύνθεση του συστήματος.
Αν είναι γνωστές τρεις θερμοδυναμικές παράμετροι - T, P, V και η τιμή m του συστήματος, τότε η μάζα ενός ιδανικού μορίου αερίου m1δεν είναι δύσκολο να προσδιοριστεί με τον ακόλουθο τύπο:
m1=mRT/(NAPV).
Αυτή η έκφραση μπορεί επίσης να γραφτεί με όρους πυκνότητας αερίου ρ και σταθεράς Boltzmann kB:
m1=ρkBT/P.
Παράδειγμα προβλήματος
Είναι γνωστό ότι η πυκνότητα ορισμένων αερίων είναι 1,225 kg/m3σε ατμοσφαιρική πίεση 101325 Pa και θερμοκρασία 15 oC. Ποια είναι η μάζα ενός μορίου; Για ποιο αέριο μιλάς;
Επειδή μας δίνεται πίεση, πυκνότητα και θερμοκρασίασύστημα, τότε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο που λήφθηκε στην προηγούμενη παράγραφο για να προσδιορίσετε τη μάζα ενός μορίου. Έχουμε:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Για να απαντήσουμε στη δεύτερη ερώτηση του προβλήματος, ας βρούμε τη μοριακή μάζα M του αερίου:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Η λαμβανόμενη τιμή της μοριακής μάζας αντιστοιχεί στον αέρα αερίου.
