Многие опыты показывают, что размер молекулы очень мал. Линейный размер молекулы или атома можно найти различными способами. Например, с помощью электронного микроскопа, получены фотографии некоторых крупных молекул, а с помощью ионного проектора (ионного микроскопа) можно не только изучить строение кристаллов, но определить расстояние между отдельными атомами в молекуле.
Используя достижения современной экспериментальной техники, удалось определить линейные размеры простых атомов и молекул, которые составляют около 10-8 см. Линейные размеры сложных атомов и молекул намного больше. Например, размер молекулы белка составляет 43*10-8 см.
Для характеристики атомов используют представление об атомных радиусах, которые дают возможность приближённо оценить межатомные расстояния в молекулах, жидкостях или твёрдых телах, так как атомы по своим размерам не имеют чётких границ. То есть атомный радиус – это сфера, в которой заключена основная часть электронной плотности атома (не менее 90…95%).
Размер молекулы настолько мал, что представить его можно только с помощью сравнений. Например, молекула воды во столько раз меньше крупного яблока, во сколько раз яблоко меньше земного шара.
Моль вещества
Массы отдельных молекул и атомов очень малы, поэтому в расчётах удобнее использовать не абсолютные значения масс, а относительные.
Относительная молекулярная масса (или относительная атомная масса) вещества Мr – это отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода.
Мr = (m0) : (m0C / 12)
где m0 – масса молекулы (или атома) данного вещества, m0C – масса атома углерода.
Относительная молекулярная (или атомная) масса вещества показывает, во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы изотопа углерода С12. Относительная молекулярная (атомная) масса выражается в атомных единицах массы.
Атомная единица массы – это 1/12 массы изотопа углерода С12. Точные измерения показали, что атомная единица массы составляет 1,660*10-27 кг, то есть
1 а.е.м. = 1,660 * 10-27 кг
Относительная молекулярная масса вещества может быть вычислена путём сложения относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы вещества. Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.
В периодической системе Д.И. Менделеева для каждого элемента указана атомная масса, которая измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.). Например, атомная масса магния равна 24,305 а.е.м., то есть магний в два раза тяжелее углерода, так как атомная масса углерода равна 12 а.е.м. (это следует из того, что 1 а.е.м. = 1/12 массы изотопа углерода, который составляет большую часть атома углерода).
Зачем измерять массу молекул и атомов в а.е.м., если есть граммы и килограммы? Конечно, можно использовать и эти единицы измерения, но это будет очень неудобно для записи (слишком много чисел придётся использовать для того, чтобы записать массу). Чтобы найти массу элемента в килограммах, нужно атомную массу элемента умножить на 1 а.е.м. Атомная масса находится по таблице Менделеева (записана справа от буквенного обозначения элемента). Например, вес атома магния в килограммах будет:
m0Mg = 24,305 * 1 a.e.м. = 24,305 * 1,660 * 10-27 = 40,3463 * 10-27 кг
Массу молекулы можно вычислить путём сложения масс элементов, которые входят в состав молекулы. Например, масса молекулы воды (Н2О) будет равна:
m0Н2О = 2 * m0H + m0O = 2 * 1,00794 + 15,9994 = 18,0153 a.e.м. = 29,905 * 10-27 кг
Количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Количество вещества – это физическая величина, характеризующая относительное число молекул и атомов в теле. Единица количества вещества называется молем (моль).
Моль равен количеству вещества системы, в которой содержится столько же молекул, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода С12. То есть, если у нас есть система с каким-либо веществом, и в этой системе столько же молекул этого вещества, сколько атомов в 0,012 кг углерода, то мы можем сказать, что в этой системе у нас 1 моль вещества.
Постоянная Авогадро
Количество вещества ν равно отношению числа молекул в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода, то есть количеству молекул в 1 моле вещества.
ν = N / NA
где N – количество молекул в данном теле, NA – количество молекул в 1 моле вещества, из которого состоит тело.
NA – это постоянная Авогадро. Количество вещества измеряется в молях.
Постоянная Авогадро – это количество молекул или атомов в 1 моле вещества. Эта постоянная получила своё название в честь итальянского химика и физика Амедео Авогадро (1776 – 1856).
В 1 моле любого вещества содержится одинаковое количество частиц.
NA = 6,02 * 1023 моль-1
Молярная масса – это масса вещества, взятого в количестве одного моля:
μ = m0 * NA
где m0 – масса молекулы.
Молярная масса выражается в килограммах на моль (кг/моль = кг*моль-1).
Молярная масса связана с относительной молекулярной массой соотношением:
μ = 10-3 * Mr [кг*моль-1]
Масса любого количества вещества m равна произведению массы одной молекулы m0 на количество молекул:
m = m0N = m0NAν = μν
Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе:
ν = m / μ
Массу одной молекулы вещества можно найти, если известны молярная масса и постоянная Авогадро:
m0 = m / N = m / νNA = μ / NA
Более точное определение массы атомов и молекул достигается при использовании масс-спректрометра – прибора, в котором происходит разделение пучком заряженных частиц в пространстве в зависимости от их массы заряда при помощи электрических и магнитных полей.
Для примера найдём молярную массу атома магния. Как мы выяснили выше, масса атома магния равна m0Mg = 40,3463 * 10-27кг. Тогда молярная масса будет:
μ = m0Mg * NA = 40,3463 * 10-27 * 6,02 * 1023 = 2,4288 * 10-2 кг/моль
То есть в одном моле «помещается» 2,4288 * 10-2 кг магния. Ну или примерно 24,28 грамм.
Как видим, молярная масса (в граммах) практически равна атомной массе, указанной для элемента в таблице Менделеева. Поэтому когда указывают атомную массу, то обычно делают так:
Атомная масса магния равна 24,305 а.е.м. (г/моль).
Можете посчитать молярную массу для различных элементов и убедиться в правоте этого утверждения. Для расчёта молярной массы можно использовать простой калькулятор, который находится внизу страницы:
Как найти массу одной молекулы вещества
Молекула вещества является одновременно минимально возможной его порцией, а потому именно ее свойства являются определяющими для вещества в целом. Эта частица принадлежит микромиру, поэтому рассмотреть, а тем более взвесить ее, не представляется возможным. Но массу одной молекулы можно рассчитать.
Вам понадобится
- — периодическая таблица химических элементов;
- — понятие о строении молекулы и атома;
- — калькулятор.
Инструкция
Если известна химическая формула вещества, определите его молярную массу. Для этого определите атомы, из которых состоит молекула, и найдите их относительные атомные массы в периодической системе химических элементов. Если один атом встречается в молекуле n раз, умножьте его массу на это число. Затем сложите найденные значения и получите молекулярную массу данного вещества, которая равна его молярной массе в г/моль. Найдите массу одной молекулы, поделив молярную массу вещества M на постоянную Авогадро NА=6,022∙10^23 1/моль, m0=M/ NА.
Пример Найдите массу одной молекулы воды. Молекула воды (Н2О) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Относительная атомная масса водорода равна 1, для двух атомов получим число 2, а относительная атомная масса кислорода равна 16. Тогда молярная масса воды будет равна 2+16=18 г/моль. Определите массу одной молекулы: m0=18/(6,022^23)≈3∙10^(-23) г.
Массу молекулы можно рассчитать, если известно количество молекул в данном веществе. Для этого поделите общую массу вещества m на количество частиц N (m0=m/N). Например, если известно, что в 240 г вещества содержится 6∙10^24 молекул, то масса одной молекулы составит m0=240/(6∙10^24)=4∙10^(-23) г.
Определите массу одной молекулы вещества с достаточной точностью, узнав количество протонов и нейтронов, которые входят в состав ее ядер атомов, из которых она состоит. Массой электронной оболочки и дефектом масс в данном случае следует пренебречь. Массу протона и нейтрона берите равной 1,67∙10^(-24) г. Например, если известно, если молекула состоит из двух атомов кислорода, какова ее масса? Ядро атома кислорода имеет в своем составе 8 протонов и 8 нейтронов. Общее количество нуклонов 8+8=16. Тогда масса атома равна 16∙1,67∙10^(-24)=2,672∙10^(-23) г. Поскольку молекула состоит из двух атомов, то ее масса равна 2∙2,672∙10^(-23)=5,344∙10^(-23) г.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
to continue to Google Sites
Not your computer? Use Guest mode to sign in privately. Learn more
Данная тема будет посвящена решению задач на определение
массы молекул и количества вещества.
Задача 1. Вычислите массу одной молекулы кислорода.
РЕШЕНИЕ
Как известно, в одном моле любого вещества содержится одно и
то же число молекул — число Авогадро
Если обозначить молярную массу вещества через M, то массу одной молекулы можно определить, как
отношение молярной массы вещества и числа Авогадро
Молярная масса молекулы кислорода
Тогда масса 1 молекулы кислорода равна
Ответ: масса одной молекулы кислорода
равна 5,3 ∙ 10−26 кг.
Задача 2. Молярная масса водорода 2 г/моль, а воды —
18 г/моль. Определите отношение числа молекул в 3 г водорода к числу молекул в
9 г воды.
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ Число молекул в заданной порции любого вещества можно Тогда число молекул водорода в данной порции: Число молекул воды в данной порции: Тогда |
|
|
Ответ: молекул водорода в 3 раза
больше, чем молекул воды.
Задача 3. Из открытого стакана за 5 суток полностью
испарилось 50 г воды. Сколько молекул в среднем вылетало с поверхности
воды за 1 с?
|
ДАНО: |
СИ |
РЕШЕНИЕ Пусть в стакане содержалось N Число молекул воды в данной порции: Тогда искомое число молекул |
|
|
Ответ: в среднем с поверхности воды за
1 с вылетало 3,9 ∙ 1018 молекул.
Задача 4. Определите число молекул, содержащихся в 36
см3 ртути.
|
ДАНО: |
РЕШЕНИЕ Известно, что число молекул в одном моле любого вещества Для определения числа молекул ртути в заданной порции, необходимо |
|
|
Ответ: в 36 см3 ртути содержится 14,7
∙ 1023 молекул.
Задача 5. В озеро, имеющее среднюю глубину 10 м и
площадь поверхности 20 км2, бросили кристаллик поваренной соли
массой 0,01 г. Сколько молекул этой соли оказалось бы в наперстке воды объемом
2 см3, зачерпнутой из озера, если полагать, что соль, растворившись,
равномерно распределилась по всему объему воды в озере?
|
ДАНО: |
СИ |
РЕШЕНИЕ Запишем формулу, по которой можно рассчитать число молекул соли Масса соли в данной порции раствора: Тогда число молекул соли в данной порции раствора: Химическая формула соли NaCl Тогда молярная масса соли равна |
|
|
Ответ: в наперстке оказалось бы
порядка 1 млн. молекул соли.
Как найти массу молекулы
Молекула – это наименьшая единица вещества, которая по-прежнему сохраняет характеристики этого вещества. Она обладает очень малыми размерами, ее нельзя рассмотреть невооруженным глазом или взвесить. Каким образом рассчитать массу молекулы?
1
Моль и атомарный вес молекулы
Чтобы рассчитать массу молекулы, применяют единицу, называемую моль, и измерение, называемое атомарным весом. Моль – это величина равная числу Авогадро, которое составляет примерно 6.022 x 10 ^ 23. Атомарный вес представляет собой вес одного атома вещества в единицах атомарной массы. Вес одного моля элемента равен атомарному весу элемента. Зная это, возможно вывести массу каждой молекулы из ее химической формулы и атомарных весов ее элементов, как описано в Периодической таблице.
2
Установите химическую формулу молекулы
Чтобы рассчитать массу молекулы воды, вы должны сначала узнать ее формулу – Н20:
- Найдите атомарный вес каждого атома в молекуле. Вы можете найти эту информацию в Периодической таблице; это обычно десятичное число, указанное выше или ниже символа химического элемента.
- Например, атомарная масса водорода составляет 1,0079, а атомарная масса кислорода – 15,999. Один моль каждого элемента весит такое же количество в граммах.
- Далее, исходя из уже известной нам формулы, вычисляем сумму всех атомов молекулы.
- В частности, молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. В этом случае молярная масса воды равна 1,0079 + 1,0079 + 15,999, или 18,0148 г на моль (г / моль).
- Разделите сумму молекул на моль или число Авогадро (6.022 x 10 ^ 23).
- Например, 18.0148 / 6.022 x 10 ^ 23 = 2.991 x 10 ^ 23. Таким образом, одна молекула воды весит 2,991 х 10 ^ 23 г.
Как видно из вышеописанного примера, применяя Периодическую таблицу Менделеева, можно получить все необходимые показатели для вычисления массы молекул различных веществ.