Formule za izračunavanje mase molekula, primjer problema

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Svaka osoba zna da su tijela oko nas sastavljena od atoma i molekula. Imaju različite oblike i strukture. Prilikom rješavanja zadataka iz hemije i fizike često je potrebno pronaći masu molekula. Razmotrite u ovom članku nekoliko teorijskih metoda za rješavanje ovog problema.

Opće informacije

Prije razmatranja kako pronaći masu molekula, trebali biste se upoznati sa samim konceptom. Evo nekoliko primjera.

Molekul se obično naziva skup atoma koji su međusobno ujedinjeni jednom ili drugom vrstom hemijske veze. Takođe, trebalo bi i mogu se posmatrati kao celina u različitim fizičkim i hemijskim procesima. Ove veze mogu biti jonske, kovalentne, metalne ili van der Waalsove.

Dobro poznata molekula vode ima hemijsku formulu H₂O. Atom kiseonika u njemu povezan je polarnim kovalentnim vezama sa dva atoma vodika. Ova struktura određuje mnoga fizička i hemijska svojstva tekuće vode, leda i pare.

Prirodni gas metan je još jedan sjajan predstavnik molekularne supstance. Formiraju se njegove česticeatom ugljika i četiri atoma vodika (CH₄). U svemiru, molekuli imaju oblik tetraedra sa ugljenikom u centru.

Vazduh je složena mešavina gasova, koja se uglavnom sastoji od molekula kiseonika O₂ i azota N₂. Oba tipa su povezana jakim dvostrukim i trostrukim kovalentnim nepolarnim vezama, što ih čini visoko hemijski inertnima.

Određivanje mase molekula kroz njegovu molarnu masu

Periodični sistem hemijskih elemenata sadrži veliku količinu informacija, među kojima su i jedinice atomske mase (amu). Na primjer, atom vodonika ima amu 1, a atom kiseonika 16. Svaki od ovih brojeva označava masu u gramima koju će imati sistem koji sadrži 1 mol atoma odgovarajućeg elementa. Podsjetimo da je jedinica mjere za količinu supstance 1 mol broj čestica u sistemu, koji odgovara Avogadrovom broju N_A, jednak je 6,0210 ²³.

Kada razmatraju molekul, oni koriste koncept ne amu, već molekularne težine. Potonji je jednostavan zbir a.m.u. za atome koji čine molekul. Na primjer, molarna masa za H₂O bi bila 18 g/mol, a za O₂ 32 g/mol. Imajući opšti koncept, onda možete nastaviti sa proračunima.

Molarnu masu M lako je koristiti za izračunavanje mase molekula m₁. Da biste to učinili, koristite jednostavnu formulu:

m₁=M/N_A.

U nekim zadacimamože se dati masa sistema m i količina materije u njemu n. U ovom slučaju, masa jednog molekula se izračunava na sljedeći način:

m₁=m/(nN_A).

Idealni plin

Ovaj koncept se zove takav gas, čiji se molekuli nasumično kreću u različitim smjerovima velikim brzinama, ne komuniciraju jedni s drugima. Udaljenosti između njih daleko premašuju njihove vlastite veličine. Za takav model vrijedi sljedeći izraz:

PV=nRT.

Zove se Mendeljejev-Klapejronov zakon. Kao što vidite, jednačina povezuje pritisak P, zapreminu V, apsolutnu temperaturu T i količinu supstance n. U formuli, R je gasna konstanta, numerički jednaka 8,314. Napisani zakon se naziva univerzalnim jer ne zavisi od hemijskog sastava sistema.

Ako su poznata tri termodinamička parametra - T, P, V i vrijednost m sistema, onda masu idealnog molekula plina m₁ nije teško odrediti po sljedećoj formuli:

m₁=mRT/(N_APV).

Ovaj izraz se takođe može napisati u terminima gustine gasa ρ i Boltzmannove konstante k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Primjer problema

Poznato je da je gustina nekog gasa 1,225 kg/m³pri atmosferskom pritisku 101325 Pa i temperaturi 15 ^oC. Kolika je masa molekula? O kom gasu pričaš?

Zato što su nam dati pritisak, gustina i temperaturasistema, onda možete koristiti formulu dobijenu u prethodnom paragrafu da odredite masu jednog molekula. Imamo:

m₁=ρk_BT/P;

m₁ =1, 2251, 3810^-23288, 15/101325=4, 807 10^-26 kg.

Da odgovorimo na drugo pitanje problema, hajde da pronađemo molarnu masu M gasa:

M=m₁N_A;

M=4.80710^-266.0210²³=0.029 kg/mol.

Dobijena vrijednost molarne mase odgovara gasnom zraku.