В уроке 7 «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» из курса «Химия для чайников» научимся вычислять относительную молекулярную массу, а также относительную формульную массу веществ; кроме того, выясним что такое массовая доля и приведем формулу для ее вычисления. Напоминаю, что в прошлом уроке «Валентность» мы дадим определение валентности, научились ее определять; рассмотрели элементы с постоянной и переменной валентностью, кроме того научились составлять химические формулы по валентности.
Каждый химический элемент характеризуется определенным значением относительной атомной массы. Состав любого вещества выражается молекулярной или простейшей формулой его структурной единицы. Такая структурная единица состоит из определенного числа атомов химических элементов. Поэтому масса структурной единицы может быть выражена в атомных единицах массы.
Содержание
- Относительная молекулярная масса
- Относительная формульная масса
- Вычисление массовой доли химического элемента по формуле вещества
Относительная молекулярная масса
Вещества молекулярного строения характеризуются величиной относительной молекулярной массы, которая обозначается Mr.
Относительная молекулярная масса — это физическая величина, равная отношению массы одной молекулы вещества к 1/12 части массы атома углерода.
Эта величина равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов с учетом числа их атомов в молекуле. Например, рассчитаем относительную молекулярную массу воды H2O:
Относительная молекулярная масса серной кислоты H2SO4:
Относительные молекулярные массы, как и относительные атомные массы, являются величинами безразмерными. Значение Мr показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше атомной единицы массы u. Например, если Mr(H2O) = 18, это значит, что масса молекулы H2O в 18 раз больше 1/12 части массы атома углерода, т. е. в 18 раз больше атомной единицы массы. Соответственно, масса молекулы H2SO4 в 98 раз больше 1/12 части массы атома углерода.
Относительная формульная масса
Вещества немолекулярного строения также характеризуются подобной величиной, которая называется относительной формульной массой. Как и относительная молекулярная масса, она равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав структурной единицы таких веществ — формульной единицы, и также обозначается Mr. При этом, конечно, необходимо учитывать индексы у символов атомов.
Например, относительная формульная масса вещества CaCO3 равна:
Относительная формульная масса вещества Al2(SO4)3 равна:
Относительная формульная масса показывает, во сколько раз масса формульной единицы данного вещества больше 1/12 части массы атома углерода, или атомной единицы массы u.
Вычисление массовой доли химического элемента по формуле вещества
По формуле вещества можно рассчитать массовую долю атомов каждого химического элемента, который входит в состав этого вещества, т. е. определить, какую часть от общей массы вещества составляет масса атомов данного элемента.
Массовая доля (w) атомов химического элемента в веществе показывает, какая часть относительной молекулярной (формульной) массы вещества приходится на атомы данного элемента.
Массовая доля атомов элемента А в сложном веществе АxBy рассчитывается по формуле:
где w («дубль-вэ») — массовая доля элемента А;
Ar(А) — относительная атомная масса элемента А;
х, у — числа атомов элементов А и В в формуле вещества;
Mr(АхBy) — относительная молекулярная (формульная) масса вещества АхBy.
Массовые доли выражаются в долях единицы или в процентах.
Пример. Определите массовые доли элементов в фосфорной кислоте H3PO4
Спойлер
[свернуть]
Краткие выводы урока:
- Относительная молекулярная (формульная) масса вещества — это физическая величина, равная отношению массы молекулы (формульной единицы) вещества к 1/12 части массы атома углерода.
- Эта величина равна сумме относительных атомных масс химических элементов, входящих в состав молекулы (формульной единицы) данного вещества, с учетом числа атомов каждого элемента.
Надеюсь урок 7 «Относительная молекулярная и относительная формульная массы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Масса атома обозначается символом
ma
и может выражаться в единицах массы: килограммах или граммах.
Массы атомов малы. Так, масса атома водорода равна
ma(H)=1,67⋅10−24г
, а масса атома углерода —
ma(C)=19,94⋅10−24г
. Использовать такие числа неудобно, поэтому в химии применяется относительная атомная масса
Ar
.
Относительная атомная масса — это отношение массы атома к атомной единице массы.
В качестве атомной единицы массы (а. е. м.) выбрана (1/12) часть массы атома углерода. Эта единица обозначается буквой (u) (от английского «unit» — единица):
.
Относительная атомная масса — безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз масса атома больше атомной единицы массы.
Относительные атомные массы химических элементов приведены в Периодической таблице. В расчётах обычно используют их значения, округлённые до целых.
Пример:
в Периодической таблице приведено значение относительной атомной массы магния — (24,305). Округлённое значение — (24). Значение атомной массы углерода — (12,011), а её округлённое значение — (12).
Исключение — относительная атомная масса хлора:
Ar(Cl)=
(35,5).
Значения относительных атомных масс некоторых элементов
| Элемент | H | He | Li | C | N | O | F | Ne | Na | Mg | Al | P | S | Cl | Ar | Ca | Fe | Cu | Zn |
|
Ar |
1 |
4 |
7 |
12 |
14 |
16 |
19 |
20 |
23 |
24 |
27 |
31 |
32 |
35,5 |
40 |
40 |
56 |
64 |
65 |
Относительная молекулярная масса
Mr
— это отношение массы молекулы или формульной единицы к атомной единице массы.
,
Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы или формульной единицы больше атомной единицы массы. Это тоже безразмерная величина. Она равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов с учётом индексов в формуле вещества.
Пример:
относительная молекулярная масса углекислого газа:
.
Относительная молекулярная масса фосфата натрия:
.
Относительная молекулярная масса сульфата алюминия:
.
Относительная молекулярная масса
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 763.
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 763.
В химии чрезвычайно важным является понятие «молекулярная масса». Молекулярную массу часто путают с молярной массой. Чем отличаются эти величины, и какими свойствами обладают?
Молекулярная масса
Атомы и молекулы – мельчайшие частицы любых химических вещества. Если постараться выразить их массу в граммах, то получится число, в котором перед запятой будет находиться около 20 нулей. Поэтому измерять массу в таких единицах, как граммы, неудобно. Чтобы выйти из этой ситуации, следует какую-нибудь очень малую массу принять за единицу, а все остальные массы выражать по отношению к ней. В качестве этой единицы используют 1/12 массы атома углерода.
Относительна молекулярная масса – это масса молекулы вещества, которую измеряют в атомных единицах массы. Молекулярная масса равна отношению массы молекулы того или иного вещества к 1/12 части массы атома углерода. Она показывает, во сколько раз масса молекулы определенного вещества больше 1/12 массы атома углерода.
Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1,66*10 в -24 степени и представляет собой 1/12 часть массы атома углерода, то есть атома изотопа элемента углерода массовое число которого равно 12. Химический элемент в природе может иметь несколько устойчивых изотопов, поэтому, когда говорят об относительной атомной массе элемента или, как часто говорят, об атомной массе элемента A, то обязательно учитывают атомную массу всех устойчивых нуклидов.
Молекулярную массу часто путают с молярной массой, единицей измерения которой является г/моль. И действительно численно эти две величины абсолютно идентичны, однако размерность у них абсолютно разная.
Относительную молекулярную массу можно найти, сложив между собой атомные массы
Чтобы вычислить молекулярную массу простых и сложных веществ, необходимо найти сумму относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы. Например, относительная молекулярная масса воды Mr (H2O), которая состоит, как известно, из двух атомов водорода и одного атома кислорода, равна 1*2+16=18.
Это означает, что масса молекулы воды в 18 раз больше 1/12 массы атома углерода. А молекулярная масса воздуха равна 29.
Атомная масса
Атомная масса химического элемента – также одно из важнейших обозначений в химии. Атомная масса – это средняя величина из атомных масс устойчивых природных изотопов этого элемента с учетом их относительного содержания в природе (их природного распространения). Так, в природе существуют два устойчивых изотопа элемента хлора Cl с массовыми числами 35 и 37:
Ar(Cl)=(34.97*0.7553)+(36.95*0.2447)=35.45 – именно такая величина принята для элемента хлора в качестве его относительной атомной массы.
Впервые вычисление атомных весов были сделаны Д. Дальтоном. Атомные веса элементов он относил к атомному весу водорода, приняв его за единицу. Однако вычисленные в соответствии с его принципом «наибольшей простоты» вес атома кислорода и некоторых других элементов оказались неверными.
Истинные атомные массы являются мизерными. Атом водорода весит 1,674*10 в -24 степени грамм, кислорода 26,67*10 в -24 степени грамм, а углерода 19,993*10 в -24 степени грамм.
Что мы узнали?
В школьной программе по химии (8 класс) большое внимание уделяется таким понятием, как относительная атомная и молекулярная масса вещества. Учащиеся изучают их отличия и особенности, а также учатся определять массы газов и веществ.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
-
Жале Гаджибекова
10/10
-
Александр Котков
10/10
-
Мерьем Рифатова
9/10
-
Наталья Моя
8/10
-
Александр Котков
10/10
-
Александр Котков
10/10
-
Сергей Макаров
10/10
-
Анастасия Ватанина
9/10
Оценка доклада
4.3
Средняя оценка: 4.3
Всего получено оценок: 763.
А какая ваша оценка?
Содержание:
- § 1 Из чего складывается масса вещества
- § 2 Атомная единица массы
- § 3 Относительная атомная масса
- § 4 Относительная молекулярная масса
§ 1 Из чего складывается масса вещества
Любое тело имеет массу. Возьмем такое тело как, например, мешок яблок. Это тело имеет массу. Его масса будет складываться из массы каждого яблока в мешке. Мешок риса тоже имеет свою массу, которая определяется путем сложения массы всех рисовых зернышек, хотя они очень маленькие и легкие.
Все тела состоят из веществ. Масса тела складывается из массы составляющих его веществ. Вещества, в свою очередь, состоят из частиц, молекул или атомов, следовательно, частицы вещества тоже имеют массу.
§ 2 Атомная единица массы
Если выразить массу самого легкого атома водорода в граммах, то получим очень сложное для дальнейшей работы число
1,66 ∙10-24г.
Масса атома кислорода примерно в шестнадцать раз больше и составляет 2,66∙10-23г, масса атома углерода 1,99∙10-23г. Масса атома обозначается – ma.
Производить расчеты с такими числами неудобно.
Для измерения атомных (и молекулярных) масс применяют атомную единицу массы (а.е.м.).
Атомная единица массы – это 1/12 массы атома углерода.
В таком случае, масса атома водорода будет равна 1 а.е.м., масса атома кислорода – 16 а.е.м., а масса атома углерода – 12 а.е.м.
Химики долгое время не имели ни малейшего представления о том, сколько весит один атом какого-либо элемента в привычных и удобных для нас единицах измерения массы (грамм, килограмм и т. д.).
Поэтому первоначально задача определения атомных масс была изменена.
Были предприняты попытки определить, во сколько раз атомы одних элементов тяжелее других. Таким образом, учёные стремились сопоставить массу атома одного элемента с массой атома другого элемента.
Решение этой задачи также было сопряжено с большими трудностями, и прежде всего с выбором эталона, т. е. того химического элемента, относительно которого следовало проводить сравнение атомных масс остальных элементов.
§ 3 Относительная атомная масса
Учёные XIX столетия решили эту проблему на основании экспериментальных данных по определению состава веществ. В качестве эталона был взят самый лёгкий атом – атом водорода. Экспериментально, было установлено, что атом кислорода в 16 раз тяжелее атома водорода, т. е. его относительная масса (относительно массы атома водорода) равна 16.
Эту величину условились обозначать буквами Ar (индекс «r» – от начальной буквы английского слова «relative» –относительный). Таким образом, запись значения относительных атомных масс химических элементов должна выглядеть следующим образом: относительная атомная масса водорода равна 1, относительная атомная масса кислорода равна 16, относительная атомная масса углерода равна 12.
Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома одного химического элемента больше массы атома, являющегося эталоном, поэтому данная величина не имеет размерности.
Как уже говорилось, первоначально значения атомных масс определяли по отношению к массе атома водорода. Позже эталоном для определения атомных масс стала 1/12 часть массы атома углерода (атом углерода в 12 раз тяжелее атома водорода).
Относительная атомная масса элемента (Ar) – это отношение массы атома химического элемента к 1/12 массы атома углерода.
Значения атомных масс химических элементов приведены в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Взгляните на периодическую таблицу и рассмотрите любую ее клетку, например, под номером 8.
Под химическим знаком и названием в нижней строке указывается значение атомной массы химического элемента: относительная атомная масса кислорода равна 15,9994. Обратите внимание: относительные атомные массы почти всех химических элементов имеют дробное значение. Причиной этого является существование изотопов. Напомню, что изотопами называют атомы одного и того же химического элемента, незначительно отличающиеся по массе.
В школе в расчётах обычно используют значения относительных атомных масс, округленные до целых чисел. Но в нескольких случаях пользуются дробными величинами, например: относительная атомная масса хлора равна 35,5.
§ 4 Относительная молекулярная масса
Из масс атомов складывается масса молекулы.
Относительной молекулярной массой вещества называется число, показывающее, во сколько раз масса молекулы этого вещества больше 1/12 массы атома углерода.
Относительная молекулярная масса обозначается – Mr
Относительную молекулярную массу веществ рассчитывают по химическим формулам, выражающим состав веществ. Для нахождения относительной молекулярной массы надо суммировать значения относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы вещества, с учётом количественного состава, т. е. числа атомов каждого элемента (в химических формулах оно выражается с помощью индексов). Например, относительная молекулярная масса воды, имеющей формулу H2O, равна сумме двух значений относительной
атомной массы водорода и одного значения относительной атомной массы кислорода:
Относительная молекулярная масса серной кислоты, имеющей формулу H2SO4, равна сумме
двух значений относительной атомной массы водорода, одного значения относительной атомной массы серы и четырех значений относительной атомной массы кислорода: .
Относительная молекулярная масса – величина безразмерная. Ее не следует путать с истинной массой молекул, выражаемой в атомных единицах массы.
Список использованной литературы:
- Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.
Использованные изображения:
Как вычислить молярную массу вещества? В каких единицах она измеряется?
А еще есть относительная молекулярная масса. Почему она относительная и численно равна молярной массе? Может быть это одно и то же?
Вот сколько вопросов возникает сразу в отношении такого простого на первый взгляд понятия, как молярная масса.
Разберемся по порядку и научимся ее определять.
Содержание:
1.Относительная атомная масса
2.Почему атомная масса дробная?
3.Относительная молекулярная масса
4.Количество вещества и молярная масса
5.Как вычислить молярную массу вещества
Относительная атомная масса
Огромнейший вклад в развитие и обоснование понятия относительная атомная масса внесли в разное время французский ученый Гей-Люссак, итальянский ученый А.Авогадро и шведский ученый Й.Я. Берцелиус.
Не углубляясь в историю вопроса, вспомним, что любой химический элемент представляет собой определенную разновидность атомов. Сегодня мы знаем, что атомы химических элементов имеют свои особые характеристики.
И самая главная из них, определяющая практически все остальные, это заряд ядра. А так как заряд ядра обусловлен присутствием в нем протонов, а заряд одного протона равен +1, то и количество протонов, соответственно, также является важнейшей характеристикой атомов химических элементов.
Основную массу атома составляет ядро, которое кроме протонов содержит еще и нейтроны. Масса последних сопоставима с массой первых. Оболочку атома составляют электроны.
По числу частиц в атоме, а точнее, по их суммарной массе, атомы химических элементов можно условно разделить на тяжелые и легкие. Например, легким элементом является водород, так как его атомы имеют самую маленькую массу. А свинец — это уже тяжелый элемент. Масса его атома в 302 раза тяжелее массы атома водорода.
Но тем не менее, как бы мы не делили все атомы на тяжелые или легкие, абсолютная масса (mA) каждого из них ничтожно мала, как мала и масса составляющих их частиц. Например,
Очевидно, что такие значения крайне не удобны в вычислениях. Поэтому используют не абсолютные, а относительные массы атомов (Ar). То есть массы атомов, посчитанные относительно какой-то определенной одной и той же величины.
Величина, с которой сравнивают массу атома
Первоначально еще Дальтон сравнивал массы атомов с массой атома водорода, как самого легкого. Позднее появилась так называемая кислородная единица, равная 1/16 части массы атома кислорода. К ней перешли потому, что большинство атомов химических элементов образуют соединения с кислородом.
Однако, с развитием атомной физики и эта единица стала крайне неудобной. Все потому, что кислород в природе имеет несколько изотопов (а именно 3 устойчивых, всего же их 16). А изотопы, как известно, отличаются своей атомной массой. Из-за большого разнообразия изотопов и их различной устойчивости кислородная единица утратила свою актуальность.
В настоящее время (с 1961 года) общепринятой является углеродная единица, так называемая атомная единица массы (сокращенно а.е.м.). Она равна 1/12 части массы атома углерода (изотопа 12С).
Почему именно углерод? Да потому, что:
— у углерода всего 2 изотопа: 12С и 13С; причем первого 98,9%;
— количество органических веществ (их основу составляет, как известно, именно углерод) в сотни раз больше, чем неорганических;
— при переходе от кислородной единицы к углеродной уже посчитанные относительные атомные массы всех элементов изменились не существенно, что оказалось очень удобным.
Таким образом, масса атома любого химического элемента связана с массой атома углерода как относительная атомная масса:
Зная значения абсолютных масс атомов и а.е.м. найдем Аr:
Ar считается безразмерной величиной, либо величиной в а.е.м. Но «а.е.м.» обычно не пишут, оставляя значение Ar без единиц измерения.
Почему атомная масса дробная?
Вернемся к строению атома.
Масса атома складывается из массы всех составляющих его частиц.
Массы протона и нейтрона приняты равными 1. А вот массой электрона обычно пренебрегают (по крайней мере в химии), так как даже относительная она безнадежно мала (0,0005485799090659(16) а.е.м.). То есть можно сказать, что масса атома определяется массой его ядра.
В составе ядра целое количество частиц. Например, в атоме одного из изотопов кислорода 8 протонов и 8 нейтронов. Значит, его Ar должна быть равна 16. Так почему же Ar представлена в периодической системе химических элементов в виде десятичной дроби? Для кислорода это Ar(О)=15,9994.
Дело в том, что в периодической системе указаны относительные атомные массы, посчитанные с учетом всех существующих в природе изотопов элемента. А содержание их в природе разное.
Например, химический элемент кислород в природе состоит на 99,76% из изотопа 16О, на 0,04% из изотопа 17О и на 0,20% из изотопа 18О. Таким образом, Ar для кислорода является средним значением, учитывающим относительное содержание его изотопов.
Относительная молекулярная масса
А как же найти относительную молекулярную массу?
Здесь не все так просто. Понятие «относительная молекулярная масса» не всегда применяется корректно. Правильнее было бы говорить о «формульной массе».
Дело в том, что молекулы характерны для веществ с ковалентными связями: вода H2O, серная кислота H2SO4, глюкоза C6H12O6 и т.д. И к ним в полной мере можно применить термин «относительная молекулярная масса».
Так как молекулы состоят из атомов, то относительная молекулярная масса (Mr) будет складываться из их относительных атомных масс. Например:
А вот металлы (как простые вещества) и ионные соединения молекул не имеют. Их кристаллические решетки состоят из бесконечного количества атомов и ионов. Поэтому молекулярная формула таких соединений отражает количественные соотношения частиц в кристалле.
Например, формула NaCl показывает, что в кристалле хлорида натрия на один ион натрия Na+ приходится один ион хлора Cl—. На самом деле формула хлорида натрия должна выглядеть так: Na∞Cl∞. Поэтому запомним, что к ионным соединениям термины «молекула» и «молекулярная масса» не применимы.
В связи с этим для подобных веществ вычисляется формульная масса. А вычисляется она все по тому же принципу, что и молекулярная масса. Обозначается так же — Mr. Например, для хлорида натрия:
Точно так же, как относительную атомную массу (Ar), относительную молекулярную массу (Mr) будем сопоставлять с 1/12 частью атома изотопа углерода 12С.
В последующем говорим о Mr.
Количество вещества и молярная масса
В практических расчетах все-таки требуется вычислять массы, взятые в граммах, килограммах ато и в тоннах (если речь идет о каком-то производстве, например).
Как же поступают тогда?
Введена новая и тоже относительная величина – моль.
Точно было посчитано, что определенное количество атомов изотопа углерода 12С, а именно 6,02·1023, имеют массу ровно 12 г. Обратите внимание, что относительная молекулярная масса для этого же изотопа равна 12, но не грамм!
Количество вещества, которое содержит столько же частиц (атомов, ионов, молекул – в зависимости от строения), что и 12 г изотопа углерода 12С, назвали молем.
Один моль вещества (любого!) всегда содержит 6,02·1023 его частиц (постоянная Авогадро).
Ну, а так как атомы элементов отличаются по своей массе, то и 1 моль вещества тоже будет отличаться по массе.
! Обратите внимание, что в русском языке «моль» мужского рода! (это не как моль бабочка).
Массу одного моля вещества называют молярной массой (М) и вычисляют в г/моль.
Таким образом, молярная масса и количество вещества связаны соотношением:
Можно также определить и такие отношения, связанные с количеством вещества:
Почему же относительная молекулярная и молярная массы равны?
Итак, относительная молекулярная и молярная массы, как следует из их определений – это не одно и то же.
Докажем, каким образом обе массы численно могут быть равны:
Как вычислить молярную массу вещества
Мы уже знаем, что относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс.
При нахождении относительной молекулярной массы (Mr), а значит и молярной (М), выполняем следующие действия:
1) правильно записываем формулу вещества;
2) анализируем качественный состав (атомы каких элементов составляют вещество) и количественный состав (в каких количествах находятся эти атомы – смотрим по индексам, которые стоят справа внизу от знака химического элемента);
3) в периодической системе химических элементов находим элементы, атомы которых составляют вещество, и округляем относительную атомную массу, стоящую рядом со знаком элемента, до целого числа (! у хлора – до 35,5);
4) складываем относительные атомные массы всех элементов с учетом количества атомов.
Рассмотрим еще примеры:
Как вычислить молярную массу вещества, находящегося в газообразном состоянии
Определить молекулярную (а значит и молярную) массу газообразного вещества можно, используя закон Авогадро. Он гласит, что в равных объемах газов, взятых при одинаковой температуре, а также одинаковом давлении, содержится равное число молекул.
Это означает, что в данных условиях отношение масс газов друг к другу является отношением их молярных масс:
Отношение масс газообразных веществ называют относительной плотностью одного газа по другому и обозначают как D:
Таким образом, зная молярную массу одного газа и его плотность по другому газу, можно вычислить молярную (а значит, и молекулярную) массу второго газа:
Например:
Запомните, что средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль.
Вычислить молярную массу вещества (а, значит, и относительную молекулярную), находящегося в газообразном состоянии, можно, используя молярный объем газа (VM):
Итак, подведем итог:
- Относительная молекулярная масса (Mr) показывает отношение массы молекулы к 1/12 части массы атома изотопа углерода 12С.
- Молярная масса (М) – масса одного моля вещества, равная отношению массы вещества к его количеству и выраженная в г/моль.
- Относительная молекулярная и молярная массы численно равны.
- Вычислить молярную массу вещества (и относительную молекулярную также) можно, используя значения относительных атомных масс, записанных в периодической системе.
Без вычисления молярной массы не обходится решение практически ни одной задачи. Если вы поняли, что такое молярная и относительная молекулярная массы и как их вычислять, но еще не умеете решать задачи с их применением, то самое время научиться.
Разбор простых типовых задач по химии в книге, которую вы можете совершенно БЕСПЛАТНО скачать здесь.
Чтобы самыми первыми узнавать о новых публикациях на сайте, присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте.
