Каким способом можно найти молекулярную массу

Относительная молекулярная масса – формула, примеры, таблица (химия, 8 класс)

Для химиков важно знать массы молекул исследуемых ими веществ. Измерять их в килограммах неудобно, поэтому ученые используют а. е. м. – атомные единицы массы.

Понятие атомной единицы массы

На сегодняшний день принята договоренность, что масса атома углерода (а точнее его изотопа углерод-12) в точности равна 12 а. е. м. По этой причине используемую химиками величину иногда называют углеродной единицей. Ранее ученые использовали другие единицы – водородную и кислородную, но они по ряду причин оказались неудобными. Опыты показывают, что 1 а. е. м. равна примерно 1,66•10 –27 кг.

Атомная масса показывает, какую массу имеет тот или иной атом. Найти ее можно в таблице Менделеева. Обычно в этой таблице масса записана как дробное число, очень близкое к какому-либо целому значению. Например, атомная масса водорода составляет 1,000797 а. е. м., у гелия она равна 4,0026 а. е. м., а у кислорода 15,9994 а. е. м. При решении практических задач принято округлять эти значения до целых чисел. То есть надо считать, что у водорода атомная масса равна 1 а. е. м, у гелия – 4 а. е. м., у кислорода – 16 а. е. м. Исключением является хлор, чью массу округляют до значения 35,5 а. е. м.

Важно понимать, что на самом деле у одного и того же элемента атомы могут иметь различную массу. Такие отличающиеся по массе атомы называются изотопами. У изотопов одного элемента одинаковое количество протонов, но различное количество нейтронов. При этом все изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства.

В таблице Менделеева указан средний вес всех изотопов, при этом учитывается их распространенность в природе. Например, у кислорода есть три стабильных изотопа:

• кислород-16 (масса 15,9949 а. е. м, распространенность 99,759%)
• кислород-17 (масса 16,9991 а. е. м., распространенность 0,037%)
• кислород-18 (масса 17,9991 а. е. м., распространенность 0,204%)

С учетом этого атомная масса кислорода, указанная в таблице Менделеева, рассчитывается так:

(15,9949•99,759 + 16,9991•0,037 + 17,9991•0,204)/100 = 15,9994 а. е. м.

Молекулярная масса

Зная атомные массы отдельных элементов, можно находить и молекулярные массы молекул. Для этого надо всего лишь сложить атомные массы тех атомов, которые входят в состав молекулы.

Например, рассмотрим молекулу метана, она имеет формулу СН₄, то есть состоит из 1 атома углерода (который весит 12 а. е. м.) и 4 атомов водорода (каждый массой по 1 а. е. м.). Складываем атомные массы:

12 + 1 + 1 + 1 + 1 = 12 + 4•1 = 16 а. е. м.

Итак, молекула метана имеет молекулярную массу 16 а. е. м.

Заметим, что очень часто возникает путаница из-за молекул простых газов – водорода, кислорода, азота и т. д. Дело в том, что их молекулы состоят из двух атомов, поэтому и масса у них вдвое больше, чем масса атомов. Например, атомная масса элемента кислород – 16 а. е. м., а вот молекула кислорода, имеющая формулу О₂, весит уже 16•2 = 32 а. е. м.

Молярная масса

Молекулярные массы веществ тесно связаны с понятием молярной массы. Молярная масса – это масса 1 моля вещества. Численно она совпадает с молекулярной массой, но измеряется в других величинах – в граммах на моль, или в г/моль.

Молярная масса позволяет определять, легче или тяжелее воздуха тот или иной газ. Для этого надо лишь сравнить молярную массу газа с молярной массой воздуха, составляющей 28,98 г/моль. Так, кислород оказывается тяжелее воздуха, так как его молярная масса – 32 г/моль. Азот же легче воздуха, ведь его масса равна 28 г/моль. Здесь следует уточнить, что воздух не является отдельным веществом в химическом смысле слова, то есть никаких «молекул воздуха» не существует (поэтому не существует и понятия «молекулярная масса воздуха»). В реальности воздух – это смесь нескольких газов, преимущественно азота и кислорода. При этом более тяжелые молекулы чаще встречаются в нижних слоях атмосферы, а легкие молекулы – на высоте. По этой причине (но отнюдь не только из-за нее) в горах тяжело дышать – на большой высоте воздух содержит меньше кислорода и больше азота.

Подведение итогов

Молекулярная масса показывает, какую массу имеет та или иная молекула. Для ее вычисления достаточно сложить массы входящих в молекулу атомов. Молекулярная масса численно равна молярной массе, и по ней можно оценить, какой газ легче воздуха, а какой – тяжелее.

Источник

Определение абсолютной и относительной массы вещества

Абсолютная и относительная масса атомов и молекул

Массу относят к фундаментальным характеристикам атома. Поскольку ее абсолютное значение очень мало, в химии вводится понятие относительной, т.е. условной, атомной массы.

Ничтожный размер атома не исключает наличия у него атомной массы. Вся масса атома сосредоточена в ядре (протон и нейтрон практически в 2000 раз тяжелее, чем электрон). В результате почти вся масса атома приходится на общую массу нейтронов и протонов. К примеру, атомная масса кислорода равняется 2,667·10-23 г. Это его абсолютная атомная масса. Работать с таким числом неудобно. Поэтому было предложено ввести еще одну величину – относительную атомную массу.

В начале XIX века Дж. Дальтон предложил, вычисляя атомную массу, использовать в качестве эталона массу атома водорода, поскольку он является самым легким элементом. Именно по отношению к нему выражались массы атомов прочих элементов.

Однако с учетом того, что на практике чаще использовались кислородные соединения для вычисления атомных масс многих элементов, в качестве эталона удобнее стало использовать атомную массу кислорода. При этом известно, что соотношение атомных масс кислорода и водорода равно 16:1. Так возникло понятие кислородной единицы – 1/16 части его атомной массы.

Таким образом, относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома конкретного элемента больше массы атома, который принимается за единицу. Сегодня это 1/12 часть массы атома углерода. Это и есть атомная единица массы, которую иногда обозначают как «дальтон».

Относительная атомная масса – отношение массы атома определенного элемента к 1/12 массы атома изотопа углерода-12. По сути относительная атомная масса является безразмерной величиной (при ее расчете единицы измерения сокращаются), но иногда ее значение выражают в атомных единицах массы (а.е.м.).

Абсолютная масса атома углерода составляет 1,993·10-23 г, согласно Периодической таблице Д.И. Менделеева. Его относительная атомная масса равна 12. Следовательно, 1/12 часть массы атома углерода составляет:

1 а . е . м . = 1 , 993 · 10 — 23 : 12 = 1 , 667 · 10 — 24 г = 1 , 667 · 10 — 27 к г

Масса одного кислородного атома приблизительно в 16 раз превышает 1/12-ю массы углеродного атома 12С.

Чтобы вычислить относительную молекулярную массу вещества, нужно сложить суммы относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы, с учетом индексов, которые показывают количество атомов элемента в молекуле. Абсолютная масса одной молекулы равна относительной, умноженной на одну атомную единицу массы (1 а.е.м.).

Относительная атомная масса химического элемента

Массы атомов различных элементов могут значительно разниться между собой. Сравнивая их значение с 1/12 частью атомной массы углерода, получают величину относительной атомной массы, обозначать которую принято символом A r . Эти буквы латинского алфавита обозначают: A – a t o m i c , r – r e l a t i v e (относительный).

Например, определение относительной массы атома водорода выглядит так:

Элемент кислород имеет следующую относительную атомную массу:

Из формул следует, что относительная атомная масса является величиной, равной отношению абсолютной атомной массы к единице массы u (или 1 а.е.м.).

Таблица Менделеева содержит именно относительные массы всех элементов. Решая задачи на качественные и количественные показатели, пользуются этими значениями, округленными до целых чисел. Исключение составляет хлор C l , значение относительной атомной массы которого принимают равным 35,5.

Относительная молекулярная масса вещества

Аналогично тому, что в химии редко применяется абсолютная масса атома, а используется величина относительной атомной массы, абсолютная масса молекулы – так же неудобна для расчетов. Поэтому вводится понятие относительной молекулярной массы – М r . Она демонстрирует, во сколько раз масса данной молекулы превышает массу одной двенадцатой части атома углерода, т. е. атомную единицу массы.

Если молекула состоит из атомов нескольких химических элементов, то ее относительная молекулярная масса равна сумме их относительных атомных масс с учетом индексов в формуле вещества.

Рассмотрим пример. Молекула воды имеет в своем составе два атома водорода и один – кислорода. Чтобы определить относительную молекулярную массу, нужно сложить произведения относительной атомной массы каждого элемента на соответствующее количество атомов:

M r ( H 2 O ) = 2 · A r ( H ) + 1 · A r ( O ) = 2 · 1 + 1 · 16 = 18 ( а . е . м . )

Знание относительной молекулярной массы веществ в газообразном состоянии помогает в решении задач по сравнению их плотности. Для этого высчитывается относительная плотность газов друг по другу, которая равна соотношению их относительных молекулярных масс:

Поскольку закон Авогадро применим исключительно к газообразным веществам, а ученым-химикам часто необходимо знать, сколько молекул, атомов или ионов заключено в определенных порциях твердых веществ или жидкостей, введено понятие молярной массы. Ее значение численно равно относительной молекулярной массе.

Как вычислить абсолютную массу, формулы, примеры

Найти абсолютную массу молекулы C 2 H 6 .

Исходя из утверждения, что абсолютная масса молекулы равняется произведению ее относительной молекулярной массы на атомную единицу массы, получаем: m ( C 2 H 6 ) = M r ( C 2 H 6 ) · 1 , 661 · 10 — 27 = 49 , 82 · 10 — 27 к г = 49 , 82 · 10 — 24 г

Найти молекулярную массу серной кислоты, используя таблицу Менделеева.

Известно, что молекулярная масса вещества равна сумме атомных масс веществ, входящих в состав молекулы. Поэтому:

M r ( H 2 S O 4 ) = 1 · 2 + 32 + 16 · 4 = 98 г / м о л ь

Решение химических задач по нахождению абсолютной массы может сводиться к использованию следующих методов:

При этом молярную массу можно найти путем сложения атомных масс элементов, входящих в состав соединения. Молярная масса находится также как отношение массы вещества к его соответствующему количеству:

Источник

МОЛЯРНАЯ МАССА И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССА: В ЧЕМ ОТЛИЧИЕ И ПОЧЕМУ ОНИ ЧИСЛЕННО РАВНЫ

Как вычислить молярную массу вещества? В каких единицах она измеряется?

А еще есть относительная молекулярная масса. Почему она относительная и численно равна молярной массе? Может быть это одно и то же?

Вот сколько вопросов возникает сразу в отношении такого простого на первый взгляд понятия, как молярная масса.

Разберемся по порядку и научимся ее определять.

Относительная атомная масса

Огромнейший вклад в развитие и обоснование понятия относительная атомная масса внесли в разное время французский ученый Гей-Люссак, итальянский ученый А.Авогадро и шведский ученый Й.Я. Берцелиус.

Не углубляясь в историю вопроса, вспомним, что любой химический элемент представляет собой определенную разновидность атомов. Сегодня мы знаем, что атомы химических элементов имеют свои особые характеристики.

И самая главная из них, определяющая практически все остальные, это заряд ядра. А так как заряд ядра обусловлен присутствием в нем протонов, а заряд одного протона равен +1, то и количество протонов, соответственно, также является важнейшей характеристикой атомов химических элементов.

Основную массу атома составляет ядро, которое кроме протонов содержит еще и нейтроны. Масса последних сопоставима с массой первых. Оболочку атома составляют электроны.

По числу частиц в атоме, а точнее, по их суммарной массе, атомы химических элементов можно условно разделить на тяжелые и легкие. Например, легким элементом является водород, так как его атомы имеют самую маленькую массу. А свинец — это уже тяжелый элемент. Масса его атома в 302 раза тяжелее массы атома водорода.

Но тем не менее, как бы мы не делили все атомы на тяжелые или легкие, абсолютная масса (m_A) каждого из них ничтожно мала, как мала и масса составляющих их частиц. Например,Очевидно, что такие значения крайне не удобны в вычислениях. Поэтому используют не абсолютные, а относительные массы атомов (Ar). То есть массы атомов, посчитанные относительно какой-то определенной одной и той же величины.

Величина, с которой сравнивают массу атома

Первоначально еще Дальтон сравнивал массы атомов с массой атома водорода, как самого легкого. Позднее появилась так называемая кислородная единица, равная 1/16 части массы атома кислорода. К ней перешли потому, что большинство атомов химических элементов образуют соединения с кислородом.

Однако, с развитием атомной физики и эта единица стала крайне неудобной. Все потому, что кислород в природе имеет несколько изотопов (а именно 3 устойчивых, всего же их 16). А изотопы, как известно, отличаются своей атомной массой. Из-за большого разнообразия изотопов и их различной устойчивости кислородная единица утратила свою актуальность.

В настоящее время (с 1961 года) общепринятой является углеродная единица , так называемая атомная единица массы (сокращенно а.е.м.). Она равна 1/12 части массы атома углерода (изотопа 12 С).

Почему именно углерод? Да потому, что:

— у углерода всего 2 изотопа: 12 С и 13 С; причем первого 98,9%;

— количество органических веществ (их основу составляет, как известно, именно углерод) в сотни раз больше, чем неорганических;

— при переходе от кислородной единицы к углеродной уже посчитанные относительные атомные массы всех элементов изменились не существенно, что оказалось очень удобным.Таким образом, масса атома любого химического элемента связана с массой атома углерода как относительная атомная масса:Зная значения абсолютных масс атомов и а.е.м. найдем Аr:Ar считается безразмерной величиной, либо величиной в а.е.м. Но «а.е.м.» обычно не пишут, оставляя значение Ar без единиц измерения.

Почему атомная масса дробная?

Вернемся к строению атома.

Масса атома складывается из массы всех составляющих его частиц.

Массы протона и нейтрона приняты равными 1. А вот массой электрона обычно пренебрегают (по крайней мере в химии), так как даже относительная она безнадежно мала (0,0005485799090659(16) а.е.м.). То есть можно сказать, что масса атома определяется массой его ядра.

В составе ядра целое количество частиц. Например, в атоме одного из изотопов кислорода 8 протонов и 8 нейтронов. Значит, его Ar должна быть равна 16. Так почему же Ar представлена в периодической системе химических элементов в виде десятичной дроби? Для кислорода это Ar(О)=15,9994.Дело в том, что в периодической системе указаны относительные атомные массы, посчитанные с учетом всех существующих в природе изотопов элемента. А содержание их в природе разное.

Например, химический элемент кислород в природе состоит на 99,76% из изотопа 16 О, на 0,04% из изотопа 17 О и на 0,20% из изотопа 18 О. Таким образом, Ar для кислорода является средним значением, учитывающим относительное содержание его изотопов.

Относительная молекулярная масса

А как же найти относительную молекулярную массу?

Здесь не все так просто. Понятие «относительная молекулярная масса» не всегда применяется корректно. Правильнее было бы говорить о «формульной массе» .

Дело в том, что молекулы характерны для веществ с ковалентными связями: вода H₂O, серная кислота H₂SO₄, глюкоза C₆H₁₂O₆ и т.д. И к ним в полной мере можно применить термин «относительная молекулярная масса».

Так как молекулы состоят из атомов, то относительная молекулярная масса (Mr) будет складываться из их относительных атомных масс. Например:А вот металлы (как простые вещества) и ионные соединения молекул не имеют. Их кристаллические решетки состоят из бесконечного количества атомов и ионов. Поэтому молекулярная формула таких соединений отражает количественные соотношения частиц в кристалле.

Например, формула NaCl показывает, что в кристалле хлорида натрия на один ион натрия Na + приходится один ион хлора Cl — . На самом деле формула хлорида натрия должна выглядеть так: Na_∞Cl_∞. Поэтому запомним, что к ионным соединениям термины «молекула» и «молекулярная масса» не применимы.

В связи с этим для подобных веществ вычисляется формульная масса . А вычисляется она все по тому же принципу, что и молекулярная масса. Обозначается так же — Mr. Например, для хлорида натрия:

Точно так же, как относительную атомную массу (Ar), относительную молекулярную массу (Mr) будем сопоставлять с 1/12 частью атома изотопа углерода 12 С.

В последующем говорим о Mr.

Количество вещества и молярная масса

В практических расчетах все-таки требуется вычислять массы, взятые в граммах, килограммах ато и в тоннах (если речь идет о каком-то производстве, например).

Как же поступают тогда?

Введена новая и тоже относительная величина – моль .

Точно было посчитано, что определенное количество атомов изотопа углерода 12 С, а именно 6,02·10 23 , имеют массу ровно 12 г. Обратите внимание, что относительная молекулярная масса для этого же изотопа равна 12, но не грамм!

Количество вещества, которое содержит столько же частиц (атомов, ионов, молекул – в зависимости от строения), что и 12 г изотопа углерода 12 С, назвали молем.

Один моль вещества (любого!) всегда содержит 6,02·10 23 его частиц ( постоянная Авогадро ).

Ну, а так как атомы элементов отличаются по своей массе, то и 1 моль вещества тоже будет отличаться по массе.! Обратите внимание, что в русском языке «моль» мужского рода! (это не как моль бабочка).

Массу одного моля вещества называют молярной массой (М) и вычисляют в г/моль.

Таким образом, молярная масса и количество вещества связаны соотношением:

Можно также определить и такие отношения, связанные с количеством вещества:

Почему же относительная молекулярная и молярная массы равны?

Итак, относительная молекулярная и молярная массы, как следует из их определений – это не одно и то же.

Докажем, каким образом обе массы численно могут быть равны:

Как вычислить молярную массу вещества

Мы уже знаем, что относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс.

При нахождении относительной молекулярной массы (Mr), а значит и молярной (М), выполняем следующие действия :

1) правильно записываем формулу вещества;

2) анализируем качественный состав (атомы каких элементов составляют вещество) и количественный состав (в каких количествах находятся эти атомы – смотрим по индексам, которые стоят справа внизу от знака химического элемента);

3) в периодической системе химических элементов находим элементы, атомы которых составляют вещество, и округляем относительную атомную массу, стоящую рядом со знаком элемента, до целого числа (! у хлора – до 35,5);

4) складываем относительные атомные массы всех элементов с учетом количества атомов.

Рассмотрим еще примеры:

Как вычислить молярную массу вещества, находящегося в газообразном состоянии

Определить молекулярную (а значит и молярную) массу газообразного вещества можно, используя закон Авогадро . Он гласит, что в равных объемах газов, взятых при одинаковой температуре, а также одинаковом давлении, содержится равное число молекул.

Это означает, что в данных условиях отношение масс газов друг к другу является отношением их молярных масс:Отношение масс газообразных веществ называют относительной плотностью одного газа по другому и обозначают как D:Таким образом, з ная молярную массу одного газа и его плотность по другому газу, можно вычислить молярную (а значит, и молекулярную) массу второго газа :Например:

Запомните, что средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль .

Вычислить молярную массу вещества (а, значит, и относительную молекулярную), находящегося в газообразном состоянии, можно, используя молярный объем газа (V_M):

Итак, подведем итог:

• Относительная молекулярная масса (Mr) показывает отношение массы молекулы к 1/12 части массы атома изотопа углерода 12 С.
• Молярная масса (М) – масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к его количеству и выраженная в г/моль.
• Относительная молекулярная и молярная массы численно равны.
• Вычислить молярную массу вещества (и относительную молекулярную также) можно, используя значения относительных атомных масс, записанных в периодической системе.

Без вычисления молярной массы не обходится решение практически ни одной задачи. Если вы поняли, что такое молярная и относительная молекулярная массы и как их вычислять, но еще не умеете решать задачи с их применением, то самое время научиться.

Разбор простых типовых задач по химии в книге, которую вы можете совершенно БЕСПЛАТНО скачать здесь.

Источник