Појам моларне и молекулске тежине. Моларна маса азота, водоника и ваздуха
Хипотеза коју је предложио древни грчки филозоф Демокрит о постојању недељивих елементарних честица од којих је формирана сва материја, научници су препознали после петнаест стотина година. Концепт моларне масе хемијске супстанце коначно се формирао тек почетком 20. века. У овом чланку разматрамо овај концепт, фокусирајући се на моларну масу азота и водоника.
Амедео Авогадро и његов закон
На почетку КСИКС века наука је већ утврдила да се све супстанце састоје од ситних честица. Ове честице се називају атоми или молекули. У овом случају, оба израза су коришћена као синоними.
У то време, познати италијански адвокат, физичар и математичар Амедео Авогадро спровео је низ експеримената са различитим гасовима, укључујући ваздух. Научник је дошао до невероватног закључка, који се тренутно зове Авогадро закон за гасове. Може се формулисати на следећи начин: под истим условима, једнаке запремине гасова садрже једнак број честица које их формирају. Једнаки услови су температура и притисак.
Имајте на уму да Авогадро сам није могао да процени број честица које је он показао у гасу за стварне запремине. Међутим, вредност овог закона је огромна јер каже да се без обзира на хемијску природу атома или молекула, гасови понашају на исти начин.
Европски научници у то време нису озбиљно схватили Авогадрова дела. Требало је неколико деценија да се поново запамти.
Искуства Јоханна Лосхмидта и Јеана Перрина
Аустријанац Јоханн Лосхмидт је 1865. године извео серију експеримената, што је резултирало просечним пречником молекула ваздуха. Знајући ову вредност, био је у стању да одреди број молекула по јединици запремине. Лосхмидтови експерименти сматрају се првим у историји мерења броја молекула у гасним смешама.
Француз Јеан Перрин је 1909. године спровео експерименте, што је резултирало одређивањем броја молекула у различитим гасовима за различите запремине. Године 1926. за ове експерименте добио је Нобелову награду за физику.
Перрин је предложио базној јединици било какве хемијске прорачуне да узму број атома, који се налази у 1 граму атомског водоника. Након тога, овај износ је редефинисан за 1/12 грама угљеника-12. Перрин је предложио да се ова вредност назове Авогадровим бројем.
Авогадрова константа и јединица супстанце
Авогадро број који је измерио Перрин показао се као Н А = 6.022 * 10 23 . То значи да само 1 грам атомског водоника (Х) или 2 грама молекуларног водоника (Х2) садржи Н честице. Јасно је да је у пракси незгодно радити са таквим бројевима. Стога је у другој половини 20. века, на једном од састанака Међународне коморе тежина и мјера, одлучено да се број Авогадро укључи као једна од 7 основних мјерних јединица у СИ. Ова јединица се зове кртица.
Дакле, 1 мол је број саставних честица супстанце (молекула, атома, итд.) Која је једнака броју Н А.
Појам моларне масе
Моларна маса азота или било које друге хемијске супстанце је физичка величина једнака маси једног мол честица. Ова вредност се обично означава симболом М с , где индекс указује која супстанца одговара вредности. Моларна маса је изражена у СИ систему у килограмима по молу. Међутим, у пракси се ове јединице ријетко користе. Грам по молу (г / мол) се најчешће користе.
Да наведемо један пример. Изнад је речено да 2 грама гаса Х2 садржи Н молекула. Онда добијамо:
М Х2 = м (Х2) / Н А.
Пошто је Н А по дефиницији 1 мол, тада је моларна маса молекуларног водоника 2 грама.
Појам молекуларне тежине
На основу назива, јасно је да је молекулска маса маса једног молекула одређене хемијске супстанце. За разлику од моларне масе, ова вредност је изражена у СИ у килограмима (аму у пракси).
Користећи горњи пример са молекуларним водоником, лако можемо израчунати масу Х 2 молекула. Пошто је маса Н А молекула 2 грама, онда за један молекул добијамо:
М Х2 = м (Х 2 ) / Н А = 2 * 10 -3 [кг] / 6.022 * 10 23 = 3.321 * 10 -27 кг.
За атомски водоник, који има двоструко мању масу, пронађена вредност ће такође бити два пута мања, односно:
М Х = М Х2 / 2 = 1,66 * 10 -27 кг.
Као што се може видети, типичне масе атома и молекула су веома мале. Са њима је исто тако незгодно изводити калкулације као код великих бројева. Стога је уведена нова јединица мјерења, која се назива јединица атомске масе, или скраћена а. е. м. један а. м. одговара маси протона, то јест, М Х.
Захваљујући овој дефиницији, моларне и молекулске масе се међусобно поклапају нумерички, иако су њихове јединице мерења различите. На пример, за исти водоник налазимо да је моларна маса 2 г / мол, а молекуларна маса је 2 аму.
Имајте на уму да се ове вредности за сваки хемијски елемент мере и приказане су у периодном систему.
Изотопи и њихови ефекти на моларне и молекулске масе
Теоретске информације и прорачуни дати у претходним параграфима чланка говоре да је моларна маса водониковог атома 1 г / мол (атомска је 1 аму). Ако се окренемо периодном систему, онда умјесто броја 1 за Х вриједи 1.00794. Зашто постоји разлика у броју који смо добили?
Одговор на ово питање односи се на постојање изотопа у природи - атома који садрже исти број протона (електрона), али различит број неутрона. Пошто су масе протона и неутрона приближно једнаке, налазимо да ће се масе изотопа хемијског елемента разликовати једна од друге. На пример, деутеријум - водоник, који се састоји од неутрона, протона и електрона, већ има атомску масу од 2 аму.
Атомска маса приказана у периодичној табели испод сваког елемента је одређена средња вредност М¯ на свим изотопима који се налазе у природи. Може се израчунати по формули:
М¯ = ∑ и (к и * М и ).
Овде је к и релативна количина изотопа и у смеши, М и је њена атомска маса. Имајте на уму да се ова формула може користити за одређивање просечне моларне масе гасне смеше.
Моларна и молекулска тежина азота
Да би се утврдила маса азота која се разматра, прво се треба сјетити његове кемијске формуле. Симбол азота у периодној табели одговара латиничном слову Н (број 7). Испод тога, можете видети да је атомска маса азота 14.0067 аму.
Молекул азота се састоји од два атома и прилично је стабилан (улази у хемијску реакцију у екстремним условима, на пример, када се муња испушта у атмосферу). Онда налазимо да је моларна маса азота:
МН2 = 2кМН = 14,0067к2 = 28,0134 г / мол.
За хемијске прорачуне често се користи вредност 28 г / мол.
Што се тиче молекуларне тежине азота, може се одредити да ли се сећамо да 1 мол било које супстанце садржи Н честице. Пошто 1 мол Н2 има масу од 28,0134 грама, тада је маса једног од његових молекула једнака:
М Н2 = 28,0134 * 10 -3 [кг] / 6,022 * 10 23 = 4,652 * 10 -26 кг.
Моларна маса мешавине ваздуха
Показали смо како је могуће одредити моларне масе апсолутно било које гасне смјесе. За ово морате знати следеће податке:
- Хемијски састав смеше.
- Моларна маса сваке компоненте у њему.
- Однос сваке компоненте у смеши.
Просечан састав ваздуха на нашој планети је следећи (у атомским процентима):
- Н 2 78.09.
- О 2 20.95.
- Ар 0.93.
- ЦО 2 0,04.
Прво, израчунавамо моларну масу сваког једињења користећи периодни систем. Већ знамо да је моларна маса азота једнака 28.0134 г / мол. За преостале компоненте имамо:
М02 = 31.9988 г / мол.
М Ар = 39,948 г / мол.
МЦ02 = 44,0095 г / мол.
Користећи формулу за просечну масу за све изотопе, која је такође применљива у овом случају, добијамо:
М¯ = ∑ и (к и * М и ) = 0.7809 * 28.0134 + 0.2095 * 31.9988 + 0.0093 * 39.948 + 0.0004 * 44.0095 = 28.9685 г / мол.
Често је добијена вредност заокружена на 29 г / мол.
Дакле, ваздух је у просеку лакши од свих његових саставних компоненти, осим азота. Близина добијене молекулске масе према Н2 је последица чињенице да се скоро 80% ваздуха састоји од овог гаса.