какая молекула самая легкая чему равна ее относительная молекулярная масса

Молекулы. Химические формулы. Молекулярные массы

Атомы могут соединяться друг с другом. В результате этого соединения обычно образуются более сложные частицы – молекулы. Например:

Эти примеры показывают, что соединяться друг с другом могут атомы одного элемента и атомы разных элементов. Число атомов, которые соединяются друг с другом, может быть различным.

Состав любой молекулы можно выразить химической формулой.

Так, молекула водорода имеет формулу Н₂. Число «2» в этой формуле показывает число атомов водорода в молекуле водорода.

Числа в химических формулах, которые показывают, сколько атомов данного элемента входит в состав молекулы, называются индексами.

Молекула хлороводорода имеет формулу НCl, так как она состоит из одного атома водорода и одного атома хлора. Молекула воды имеет формулу Н₂O. Эта формула показывает, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода Н, одного атома серы S и четырех атомов кислорода О. Значит, формула молекулы серной кислоты — H₂SO₄.

Существуют молекулы, в состав которых входит несколько одинаковых групп атомов. В формулах таких молекул эти группы атомов заключают в скобки, а индекс за скобками показывает число этих групп в молекуле. Например, формула Cu(NO₃)₂ показывает, что эта молекула состоит из одного атома меди и двух групп атомов NО₃, т. е. двух атомов азота и шести атомов кислорода.

Таким образом, химические формулы доказывают качественный и количественный состав молекулы (из атомов каких элементов состоит молекула и сколько этих атомов в молекуле).

Согласно закону постоянства состава (Ж. Пруст, Франция, 1808 г.): Каждое чистое вещество имеет постоянный качественный и количественный состав, который не зависит от способа получения вещества.

Так как вещество состоит из одинаковых молекул, то состав молекулы определяет состав всего вещества. Различия в химических свойствах веществ обусловлены различиями в составе и строении молекул, из которых состоят эти вещества. Поэтому можно сделать вывод:

Молекула — это наименьшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства.

Масса любой молекулы равна сумме масс образующих ее атомов. Если при расчете массы молекулы используются относительные атомные массы, то получается относительная молекулярная масса, которая обозначается символом Мr.

Например, относительная молекулярная масса воды Н2O равна:

Mr(H₂О) = Ar(H) + Аr(Н) + Аr(О) = 2Аr(Н) + Аr(О) =2∙1+16=18;

относительная молекулярная масса сульфата железа (III) Fe₂(SO₄)₃ равна: Mr[Fe₂(SO₄)₃] = 2Ar(Fe) + 3Ar(S) + 12Ar(O) = 2∙56+3∙32+12∙16=400;

Относительная молекулярная масса вещества Мr — это число, которое показывает, во сколько раз абсолютная масса молекулы данного вещества больше 1/12 части абсолютной массы атома углерода С.

Например, относительная молекулярная масса воды Mr(H₂О) = 18. Это значит, что масса молекулы воды в 18 раз больше 1/12 части массы атома углерода.

Относительные молекулярные массы, как и относительные атомные массы, являются величинами безразмерными.

По формуле вещества можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента, который входит в состав вещества.

Массовая доля (ω) химического элемента в данном веществе равна отношению относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле, к относительной молекулярной массе вещества:

где ω(Х) — массовая доля элемента Х; Ar(X) — относительная атомная масса элемента Х; n — число атомов элемента Х в молекуле вещества; Мr — относительная молекулярная масса вещества.

Источник

Какая молекула самая легкая чему равна ее относительная молекулярная масса

Основной характеристикой атомов и молекул служит относительная атомная масса элемента (сокращенно – атомная масса) и относительная молекулярная масса вещества (сокращенно – молекулярная масса). За единицу атомной массы выбрана часть массы атома углерода.

Атомной массой А_r химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к массы атома углерода.

Молекулярной массой M_r вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к массы атома углерода. Ясно, что атомная и молекулярная масса – величины безразмерные.

Как только что было определено, единица массы, равная массы атома углерода, называется атомной единицей массы. Обозначим эту единицу, выраженную в килограммах, через m_ед. Тогда масса атома, выраженная в килограммах, будет равна А_rm_ед, а масса молекулы – M_rm_ед.

Количество вещества, в котором содержится число молекул, равное числу атомов в 0,012 кг углерода С, называется молем.

Число молекул, содержащихся в одном моле, называется числом Авогадро. Экспериментально определено, что число Авогадро

.

Лоренцо Романо Амедео Карло АВОГАДРО (1776-1856)
Итальянский физик и химик. Родился в Турине в дворянской семье, получил ученую степень доктора церковного права. В 1800 г. начал самостоятельно заниматься математикой и физикой, а спустя шесть лет получил должность профессора в колледже города Верчелли. Затем стал профессором кафедры математической физики Туринского университета. Авогадро был чрезвычайно скромным человеком, работал в одиночестве, и большую часть его жизни достижения Авогадро были неизвестны в научном мире.

Таким образом, в моле любого вещества содержится число Авогадро молекул. Массу моля, выраженную в килограммах, называют молярной массой и обозначают греческой буквой μ. Масса моля равна произведению N_A на массу одной молекулы:

.

.

Отсюда

.

Таким образом, масса любого атома равна

.

а любой молекулы –

.

Произведение .
Подставляя это в формулу

.

получим:

.

или

.

Если вещество состоит из молекул, образованных из атомов различных химических элементов, то молекулярная масса данного вещества равна сумме атомных масс элементов, входящих в состав данного вещества. Так молекулярная масса воды Н₂О, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, будет равна

.

Возьмем 1 см 3 Н₂О. Его масса 1 г. Один моль воды содержит 18 г. Таким образом, 1 см 3 воды содержит моля. Следовательно, 1 см 3 содержит молекул воды.

Таким образом, в жидкой воде на долю одной молекулы приходится объем

.

.

Масса самой легкой молекулы – молекулы водорода Н₂ – равна

.

Это очень маленькая величина, однако, масса электрона в тысячи раз меньше.

Чтобы нагляднее представить себе размеры атомов молекул и их количество в определенном объеме вещества, вот два интересных примера:

1) наименьшие размеры частиц, доступные рассмотрению в оптический микроскоп, содержат примерно 10 миллиардов атомов;

2) если все атомы, находящиеся в 1 см 3 меди, расположить в одну линию плотно друг к другу, то длина такой цепочки будет примерно 14 миллиардов километров. Это примерно в 90 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.

Источник

Молекулярная масса: базовые принципы определения

Молекулярная масса – одно из основных понятий в современной химии. Ее ввод стал возможным после научного обоснования утверждения Авогадро о том, что многие вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, каждая из которых, в свою очередь, состоит из атомов. Этим суждением наука во многом обязана итальянскому химику Амадео Авогадро, который научно обосновал молекулярное строение веществ и подарил химии многие важнейшие понятия и законы.

Единицы масс элементов

В 1961 году была принята новая шкала относительных атомных масс, эталоном для которой стал изотоп углерода 12 С. Атомная единица массы (сокращенно а.е.м.) составляет 1/12 часть массы этого эталона. В настоящее время атомной массой называют массу атома, которая должна быть выражена в а.е.м.

Масса молекул

Масса молекула любого вещества равна сумме масс всех атомов, образующих данную молекулу. Самая легкая молекулярная масса газа у водорода, его соединение пишется как Н₂ и имеет значение, приближенное к двум. Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода. Значит, ее молекулярная масса равна 15,994 + 2*1.0079=18.0152 а.е.м. Самые большие молекулярные массы имеют сложные органические соединения – белки и аминокислоты. Молекулярная масса структурной единицы белка колеблется от 600 до 10 6 и выше, в зависимости от количества пептидных цепей в этой макромолекулярной структуре.

Одновременно со стандартными единицами массы и объема в химии используется совершенно особая системная единица – моль.

Моль – это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (ионов, атомов, молекул, электронов), столько содержится в 12 граммах изотопа 12 С.

Молярная и молекулярная масса

Масса количества вещества в 1 моль измеряется в г/моль и называется молярной массой. Отношение между молекулярной и молярной массой можно записать в виде уравнения

ν = k × m/M, где к – коэффициент пропорциональности.

Нетрудно сказать, что для любых соотношений коэффициент пропорциональности будет равен единице. Действительно, изотоп углерода имеет относительную молекулярную массу 12 а.е.м, а, согласно определению, молярная масса этого вещества равна 12 г/моль. Отношение молекулярной массы к молярной равно 1. Отсюда можно сделать вывод, что молярная и молекулярная масса имеют одинаковые числовые значения.

Объемы газов

Таким образом, объемы газообразных веществ существенно отличаются от объемов жидких и твердых. Это обусловлено разностью растояний между молекулами веществ в различных агрегатных состояниях.

Нормальные условия

Для нормальных условий принято специальное сокращение – н.у. Иногда в задачах это обозначение не пишется, тогда следует внимательно перечитать условия задачи и привести заданные параметры газа к нормальным условиям.

Расчет объема 1 моля газа

В качестве примера несложно выполнить расчет одного моля любого газа, например азота. Для этого сначала нужно найти значение его относительной молекулярной массы:

Поскольку относительная молекулярная масса вещества численно равна молярной, то M(N₂)=28 г/ моль.

Опытным путем выяснено, что при нормальных условиях плотность азота равна 1,25 г/литр.

Подставим это значение в стандартную формулу, известную со школьного курса физики, где:

Получим, что молярный объем азота при нормальных условиях

V(N₂)= 25г/моль : 1,25 г/ литр =22,4 л/ моль.

Получается, что один моль азота занимает 22,4 литра.

Если выполнить такую операцию со всеми существующими газовыми веществам, можно прийти к удивительному выводу: объем любого газа при нормальных условиях равен 22,4 литра. Вне зависимости от того, о каком газе идет речь, какова его структура и физико-химические характеристики, один моль этого газа будет занимать объем 22,4 литра.

Молярный объем газа – одна из важнейших констант в химии. Эта постоянная позволяет решить многие химические задачи, связанные с измерением свойств газов при нормальных условиях.

Итоги

Молекулярная масса газообразных веществ важна для определения количества вещества. А если исследователь знает количество вещества того или иного газа, он может определить массу или объем такого газа. Для одной и той же порции газообразного вещества одновременно выполняются условия:

Если убрать постоянную ν, можно уравнять эти два выражения:

Так можно вычислить массу одной порции вещества и его объем, а также становится известной молекулярная масса исследуемого вещества. Применяя эту формулу, можно легко вычислить соотношение объем-масса. При приведении данной формулы к виду M= m V_m/V станет известна молярная масса искомого соединения. Для того чтобы вычислить это значение, достаточно узнать массу и объем исследуемого газа.

Следует помнить, что строгое соответствие реальной молекулярной массы вещества к той, что найдена по формуле, невозможно. Любой газ содержит массу примесей и добавок, которые вносят определенные изменения в его структуру и влияют на определение его массы. Но эти колебания вносят изменения в третью или четвертую цифру после запятой в найденном результате. Поэтому для школьных задач и экспериментов найденные результаты вполне правдоподобны.

Источник

Относительная атомная и молекулярная масса

Для измерения массы атома используется относительная атомная масса, которая выражается в атомных единицах массы (а. е. м.). Относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс веществ.

Относительная молекулярная масса

Вещества молекулярного строения характеризуются величиной относительной молекулярной массы, которая обозначается M_r.

Относительная молекулярная масса — это физическая величина, равная отношению массы одной молекулы вещества к 1/12 части массы атома углерода.

Эта величина равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов с учетом числа их атомов в молекуле. Например, рассчитаем относительную молекулярную массу воды H₂O:

Относительная молекулярная масса серной кислоты H₂SO₄:

Относительные молекулярные массы, как и относительные атомные массы, являются величинами безразмерными. Значение М_r показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше атомной единицы массы u. Например, если M_r(H₂O) = 18, это значит, что масса молекулы H₂O в 18 раз больше 1/12 части массы атома углерода, т. е. в 18 раз больше атомной единицы массы. Соответственно, масса молекулы H₂SO₄ в 98 раз больше 1/12 части массы атома углерода.

Относительная формульная масса

Вещества немолекулярного строения также характеризуются подобной величиной, которая называется относительной формульной массой. Как и относительная молекулярная масса, она равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав структурной единицы таких веществ — формульной единицы, и также обозначается M_r. При этом, конечно, необходимо учитывать индексы у символов атомов.

Например, относительная формульная масса вещества CaCO₃ равна:

Относительная формульная масса вещества Al₂(SO₄)₃ равна:

Относительная формульная масса показывает, во сколько раз масса формульной единицы данного вещества больше 1/12 части массы атома углерода, или атомной единицы массы u.

Как определить массу молекулы?

Хотя идеи о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, то есть атомов, высказывались ещё Демокритом в Античности, доказать подобные гипотезы было невозможно. Однако в начале XIX в. произошел научный прорыв. Джон Дальтон открыл сразу три важных закона:

Объяснить открытые закономерности можно было только с помощью гипотезы об атомной строении вещества. Эти же законы позволяли Дальтону сравнивать массы атомов и молекул между собой. Ученый принял массу атома водорода за единицу (так как он оказался самым легким атомом), и через нее (то есть через водородную единицу) в 1803 г. выразил массы многих других атомов и молекул. Впрочем, оказалось, что значительная часть вычислений была проведена с ошибками.

На тот момент для определения масс атомов чаще всего использовались реакции образования оксидов, то есть кислородных соединений. По этой причине в ходе опытов фактически в качестве единицы измерения использовалась масса не атома водорода, а атома кислорода. Изначально грубые расчеты показывали, что кислородный атом в 16 раз тяжелее водородного атома, то есть его масса, по системе Дальтона, составляла 16 единиц. Однако потом выяснилось, что всё же атом кислорода тяжелее только в 15,874 раза. Эти данные потребовали пересчета всех атомных масс. Но химики поступили проще – они договорились, что теперь масса кислородного атома принимается в точности равной 16 атомным единицам. Так возникла новая, кислородная единицы атомного веса. В результате пересчитывать пришлось лишь массу водорода – она теперь составляла не единицу, а 16:15,874≈ 1,0079 атомных единиц.

Уже в начале XX в. выяснилось, что в природе могут существовать изотопы – разные по массе атомы одного и того же элемента. В частности, в природе встречается три различных стабильных изотопов кислорода (и ещё 10 – нестабильных). Встал вопрос – масса какого из этих изотопов будет приниматься за единицу? Физики стали использовать массу изотопа кислород-16, а химики – среднюю массу всех изотопов (с учетом их распространенности в природном кислороде). Возникли разночтения, которые были решены лишь в 1960-1961 г. Тогда была принята договоренность, что масса изотопа углерода-12 принимается равной 12 атомным единицам массы (а. е. м.). Таким образом появилась углеродная единица.

Понятия

Для осознания, что такое относительная атомная масса в химии, следует понимать, что абсолютная масса атома слишком мала, чтобы выражать её в граммах, а тем более в килограммах. Поэтому в современной химии за атомную единицу массы (а. е. м.) взята 1/12 часть массы углерода. Относительная атомная масса равна отношению абсолютной массы к 1/12 абсолютной массы углерода. Другими словами относительная масса отражает, во сколько раз масса атома конкретного вещества превышает 1/12 массы атома углерода. Например, относительная масса азота – 14, т.е. атом азота содержит 14 а. е. м. или в 14 раз больше, чем 1/12 часть атома углерода.

Рис. 1. Атомы и молекулы.

Среди всех элементов водород самый лёгкий, его масса равна 1 единице. Самые тяжёлые атомы имеют массу в 300 а. е. м.

Молекулярная масса – значение, показывающее, во сколько раз масса молекулы превышает 1/12 часть массы углерода. Также выражается в а. е. м. Масса молекулы складывается из массы атомов, поэтому для вычисления относительной молекулярной массы необходимо сложить значения масс атомов вещества. Например, относительная молекулярная масса воды равна 18. Это значение складывается из относительных атомных масс двух атомов водорода (2) и одного атома кислорода (16).

Рис. 2. Углерод в периодической таблице.

Как видно, эти два понятия имеют несколько общих характеристик:

Молярная и молекулярная массы совпадают численно, но отличаются по размерности. Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству молей. Она отражает массу одного моля, который равен числу Авогадро, т.е. 6,02 ⋅ 10

. Например, 1 моль воды весит 18 г/моль, а M_r(Н₂О) = 18 а. е. м. (тяжелее в 18 раз одной атомной единицы массы).

Как рассчитать

Чтобы выразить относительную атомную массу математически, следует определить, что 1/2 часть углерода или одна атомная единица массы равна 1,66⋅10

г. Следовательно, формула относительной атомной массы имеет следующий вид:

где m_a – абсолютная атомная масса вещества.

Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической таблице Менделеева, поэтому её не нужно рассчитывать самостоятельно при решении задач. Относительные атомные массы принято округлять до целых. Исключение составляет хлор. Масса его атомов равна 35,5.

Следует обратить внимание, что при расчёте относительной атомной массы элементов, имеющих изотопы, учитывается их среднее значение. Атомная масса в этом случае высчитывается следующим образом:

где A_r,i – относительная атомная масса изотопов, n_i – содержание изотопов в природных смесях.

Например, кислород имеет три изотопа –

О. Их относительная масса равна 15,995, 16,999, 17,999, а их содержание в природных смесях – 99,759 %, 0,037 %, 0,204 % соответственно. Поделив проценты на 100 и подставив значения, получим:

A_r = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 а.е.м.

Обратившись к периодической таблице, легко найти это значение в клетке кислорода.

Рис. 3. Таблица Менделеева.

Относительная молекулярная масса – сумма масс атомов вещества:

При определении значения относительной молекулярной массы учитываются индексы символов. Например, вычисление массы H₂CO₃ выглядит следующим образом:

M_r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 а. е. м.

Зная относительную молекулярную массу, можно вычислить относительную плотность одного газа по второму, т.е. определить, во сколько раз одно газообразное вещество тяжелее второго. Для этого используется уравнение D_(y)x = M_r(х) / M_r(y).

Источник