Vzorce pro výpočet hmotnosti molekuly, příklad problému

Každý člověk ví, že těla kolem nás jsou tvořena atomy a molekulami. Mají různé tvary a struktury. Při řešení problémů v chemii a fyzice je často nutné najít hmotnost molekuly. Zvažte v tomto článku několik teoretických metod pro řešení tohoto problému.

Obecné informace

Než zvážíte, jak najít hmotnost molekuly, měli byste se seznámit se samotným konceptem. Dále uvádíme několik příkladů.

Molekula se obvykle nazývá soubor atomů, které jsou navzájem kombinovány jedním nebo jiným typem chemické vazby. Musí a mohou být také považovány za celek v různých fyzikálně-chemických procesech. Tyto vazby mohou mít iontový, kovalentní, kovový nebo vandervaalský charakter.

Známá molekula vody má chemický vzorec H₂O. Atom kyslíku v něm je spojen polárními kovalentními vazbami na dva atomy vodíku. Tato struktura způsobuje mnoho fyzikálních a chemických vlastností kapalné vody, ledu a páry.

Zemní plyn metan je dalším jasným zástupcem molekulární látky. Jeho částice jsou tvořeny atomem uhlíku a čtyřmi atomy vodíku (CH₄). V prostoru jsou molekuly ve tvaru čtyřstěnu s uhlíkem ve středu.

Vzduch je komplexní směs plynů, která se skládá hlavně z molekul kyslíku O₂ a dusíku N₂. Oba typy jsou spojeny silnými dvojnými a trojnými kovalentními nepolárními vazbami, což způsobuje jejich vysokou chemickou inertnost.

Stanovení hmotnosti molekuly prostřednictvím její molární hmotnosti

Periodická tabulka chemických prvků obsahuje velké množství informací, mezi nimiž jsou atomové hmotnostní jednotky (a.e.m.). Například atom vodíku má a.e.m., 1 a atom kyslíku-16. Každá z těchto číslic ukazuje hmotnost v gramech, kterou bude mít systém obsahující 1 mol atomů odpovídajícího prvku. Připomeňme, že měrná jednotka množství látky 1 mol je počet částic v systému odpovídající Avogadrovu číslu N_A, rovná se 6,02*10²³.

Když uvažují o molekule, používají koncept ne.e.m., molekulovou hmotností. Ten představuje jednoduchý součet a.e.m. pro atomy, které tvoří molekulu. Například molární hmotnost pro H₂O bude rovno 18 g / mol a pro O₂ - 32 g/mol. S obecným pojmem, dále lze přejít k výpočtům.

Molární hmotnost M se jednoduše používá k výpočtu hmotnosti molekuly m₁. K tomu použijte jednoduchý vzorec:

m₁ = M/N_A.

V některých úkolech může být dána hmotnost systému m a množství látky v něm n. V tomto případě se hmotnost jedné molekuly vypočítá takto:

m₁ = m/(n*N_A).

Ideální plyn

Tento koncept se nazývá takový plyn, jehož molekuly se chaoticky pohybují různými směry při vysokých rychlostech, vzájemně neinteragují. Vzdálenosti mezi nimi jsou mnohem větší než jejich vlastní rozměry. U takového modelu je následující výraz spravedlivý:

P*V = n*R*T.

Nese název Mendeleev-Clapeyronův zákon. Jak je vidět, rovnice spojuje tlak P, objem V, absolutní teplota T a množství látky n. Ve vzorci r je plynová konstanta numericky rovna 8,314. Zaznamenaný zákon se nazývá univerzální, protože nezávisí na chemickém složení systému.

Pokud jsou známy tři termodynamické parametry-t, P, V a hodnota M systému, pak hmotnost molekuly ideálního plynu m₁ není těžké určit podle následujícího vzorce:

m₁ = m*R*T/(N_A*P*V).

Tento výraz lze také zapsat hustotou ρ plynu a boltzmannovou konstantou k_B:

m₁ = ρ*k_B*T/P.

Příklad úkolu

Je známo, že hustota určitého plynu je 1,225 kg/m³ při atmosférickém tlaku 101325 pa a teplotě 15 ^oC. Co se rovná hmotnosti molekuly? O jakém plynu mluvíme?

Protože jsme dostali tlak, hustotu a teplotu systému, můžeme použít vzorec získaný v předchozím odstavci k určení hmotnosti jedné molekuly. Mít:

m₁ = ρ*k_B*T/P;

m₁ = 1,225*1,38*10^-23*288,15/101325 = 4,807*10^-26 kg.

Abychom odpověděli na druhou otázku problému, najdeme molární hmotnost M plynu:

M = m₁*N_A;

M = 4,807*10^-26*6,02*10²³ = 0,029 kg / mol.

Získaná hodnota molární hmotnosti odpovídá plynu vzduchu.