Jokainen tietää, että ympärillämme olevat kappaleet koostuvat atomeista ja molekyyleistä. Niillä on erilaisia muotoja ja rakenteita. Kemian ja fysiikan tehtäviä ratkaistaessa on usein tarpeen löytää molekyylin massa. Harkitse tässä artikkelissa useita teoreettisia menetelmiä tämän ongelman ratkaisemiseksi.
Yleistä tietoa
Ennen kuin harkitset molekyylin massan selvittämistä, sinun tulee tutustua itse käsitteeseen. Tässä muutamia esimerkkejä.
Molekyylejä kutsutaan yleensä atomijoukoksi, jotka yhdistyvät keskenään yhden tai toisen tyyppisen kemiallisen sidoksen avulla. Lisäksi niitä tulisi ja voidaan pitää kokonaisuutena erilaisissa fysikaalisissa ja kemiallisissa prosesseissa. Nämä sidokset voivat olla ionisia, kovalenttisia, metallisia tai van der Waalsin sidoksia.
Tunnetulla vesimolekyylillä on kemiallinen kaava H2O. Siinä oleva happiatomi on yhdistetty polaarisilla kovalenttisilla sidoksilla kahden vetyatomin kanssa. Tämä rakenne määrää monet nestemäisen veden, jään ja höyryn fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista.
Maakaasumetaani on toinen molekyyliaineen kirkas edustaja. Sen hiukkaset muodostuvathiiliatomi ja neljä vetyatomia (CH4). Avaruudessa molekyylit ovat tetraedrin muotoisia, ja niiden keskellä on hiili.
Ilma on monimutkainen kaasuseos, joka koostuu pääasiassa happimolekyyleistä O2 ja typestä N2. Molemmat tyypit on yhdistetty vahvoilla kaksois- ja kolmoiskovalenttisilla ei-polaarisilla sidoksilla, mikä tekee niistä erittäin kemiallisesti inerttejä.
Molekyylin massan määrittäminen sen moolimassan perusteella
Kemiallisten alkuaineiden jaksollinen taulukko sisältää suuren määrän tietoa, jonka joukossa on atomimassayksiköitä (amu). Esimerkiksi vetyatomin amu on 1 ja happiatomin 16. Jokainen näistä luvuista ilmaisee massan grammoina järjestelmällä, joka sisältää 1 moolia vastaavan alkuaineen atomeja. Muista, että aineen määrän mittayksikkö 1 mooli on järjestelmän hiukkasten lukumäärä, joka vastaa Avogadron lukua NA, se on yhtä suuri kuin 6,0210 23.
Molekyyliä tarkasteltaessa he eivät käytä käsitettä amu, vaan molekyylipaino. Jälkimmäinen on yksinkertainen summa a.m.u. molekyylin muodostaville atomeille. Esimerkiksi H2O:n moolimassa olisi 18 g/mol ja O2 32 g/mol. Kun sinulla on yleinen käsite, voit jatkaa laskelmia.
Moolimassaa M on helppo käyttää laskettaessa molekyylin massaa m1. Käytä tätä varten yksinkertaista kaavaa:
m1=M/NA.
Joissakin tehtävissäjärjestelmän m massa ja siinä olevan aineen määrä n voidaan antaa. Tässä tapauksessa yhden molekyylin massa lasketaan seuraavasti:
m1=m/(nNA).
Ihanteellinen kaasu
Tätä käsitettä kutsutaan sellaiseksi kaasuksi, jonka molekyylit liikkuvat satunnaisesti eri suuntiin suurilla nopeuksilla, eivät ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Niiden väliset etäisyydet ylittävät huomattavasti heidän omat kokonsa. Tällaiselle mallille seuraava lauseke on tosi:
PV=nRT.
Se on nimeltään Mendeleev-Clapeyronin laki. Kuten näet, yhtälö yhdistää paineen P, tilavuuden V, absoluuttisen lämpötilan T ja aineen määrän n. Kaavassa R on kaasuvakio, numeerisesti yhtä suuri kuin 8,314. Kirjoitettua lakia kutsutaan universaaliksi, koska se ei riipu järjestelmän kemiallisesta koostumuksesta.
Jos tunnetaan kolme termodynaamista parametria - T, P, V ja järjestelmän arvo m, niin ideaalikaasumolekyylin massaa m1 ei ole vaikea määrittää seuraavalla kaavalla:
m1=mRT/(NAPV).
Tämä lauseke voidaan kirjoittaa myös kaasun tiheydellä ρ ja Boltzmannin vakiolla kB:
m1=ρkBT/P.
Esimerkkiongelma
Tiedetään, että joidenkin kaasujen tiheys on 1,225 kg/m3ilmanpaineessa 101325 Pa ja lämpötilassa 15 oC. Mikä on molekyylin massa? Mistä kaasusta puhut?
Koska meille annetaan paine, tiheys ja lämpötilajärjestelmässä, voit käyttää edellisessä kappaleessa saatua kaavaa määrittääksesi yhden molekyylin massan. Meillä on:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Vastaaksesi ongelman toiseen kysymykseen, selvitetään kaasun moolimassa M:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Saatu moolimassan arvo vastaa kaasuilmaa.
