Молярная масса
Понятие молярная масса
Массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения удобно выбрать массу одного из атомов и выражать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дальтон, который составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водорода за единицу.
До 1961 года в физике за атомную единицу массы (а.е.м. сокращенно) принимали 1/16 массы атома кислорода 16О, а в химии – 1/16 средней атомной массы природного кислорода, который является смесью трех изотопов. Химическая единица массы была на 0,03% больше, чем физическая.
Атомная масса и относительная атомная масса элемента
В настоящее время за в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной единицы атомной массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода 12С.
1 а.е.м. = 1/12 m(12С) = 1,66057×10-27 кг = 1,66057×10-24 г.
При расчете относительной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа 35Сl (75,5%) и 37Сl (24,5%).Относительная атомная масса хлора равна:
Ar(Cl) = (0,755×m(35Сl) + 0,245×m(37Сl)) / (1/12×m(12С) = 35,5.
Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.:
m(Cl) = 35,5 ×1,66057×10-24 = 5,89×10-23 г.
Относительная молекулярная масса элемента
Относительная молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы, например:
Mr(N2O) = 2×Ar(N) + Ar(O) = 2×14,0067 + 15,9994 = 44,0128.
Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м.
Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения – моль.
Моль – это количество вещества, которое содержит столько же частиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа 12С.
Масса одного атома 12С равна 12 а.е.м., поэтому число атомов в 12 г изотопа 12С равно:
NA = 12 г / 12 × 1,66057×10-24 г = 1/1,66057×10-24 = 6,0221×10-23.
Таким образом, моль вещества содержит 6,0221×10-23 частиц этого вещества.
Физическую величину NA называют постоянной Авогадро, она имеет размерность [NA] = моль-1. Число 6,0221×10-23 называют числом Авогадро.
Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы Mr равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:
M = NA × m (1 молекулы) = NA × Mr × 1 а.е.м. = (NA ×1 а.е.м.) × Mr = × Mr.
Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.
Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным.
Примеры решения задач
| Задание | Укажите, у какого вещества тяжелее молекула: BaO, P2O5, Fe2O3? |
| Решение | Для того, чтобы определить, какая из предложенных молекул тяжелее необходимо рассчитать их молярные массы. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Тогда,
M(BaO) = Ar(Ba) + Ar(O) = 137,5 + 15,9994 = 153,4994 г/моль; M(P2O5) = 2×Ar(P) + 5×Ar(O) = 2×30,97376 + 5×15,9994; M(P2O5) = 61,94752 + 79,997 = 141,94452 г/моль; M(Fe2O3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O) = 2×58,9332 + 3×15,9994; M(Fe2O3) = 117,8664 + 47,9982 = 165,8646 г/моль. Самой тяжелой молекулой является молекула оксида железа (III). |
| Ответ | Оксид железа (III) |
| Задание | Определите соотношение масс элементов в молекулах: а) SO2, б) P2O5, в) СО2. |
| Ответ | Для того, чтобы определить соотношение масс элементов в указанных молекулах необходимо указать относительные атомные массы входящих в их состав элементов:
а) оксид серы (IV) — SO2 Ar(S) = 32,066; 2×Ar(O) = 2×15,9994 = 31,9988; Ar(S) / Ar(O) = 32,066 / 31,9988 = 1. б) оксид фосфора (V) — P2O5 2×Ar(P) = 61,94752; 5×Ar(O) = 2×15,9994 =79,997; Ar(S) / Ar(O) = 61,94752 / 79,997= 0,77. в) оксид углерода (II) — СО2 Ar(С) = 12,011; 2×Ar(O) = 2×15,9994 = 31,9988; Ar(С) / Ar(O) = 12,011 / 31,9988 = 0,37. |
