Alle mennesker ved, at kroppene omkring os består af atomer og molekyler. De har forskellige former og strukturer. Når man løser problemer inden for kemi og fysik, er det ofte nødvendigt at finde massen af et molekyle. Overvej i denne artikel flere teoretiske metoder til at løse dette problem.
Generelle oplysninger
Før du overvejer, hvordan du finder massen af et molekyle, bør du sætte dig ind i selve konceptet. Her er nogle eksempler.
Et molekyle kaldes norm alt et sæt atomer, der er forenet med hinanden ved en eller anden type kemisk binding. De bør og kan også betragtes som en helhed i forskellige fysiske og kemiske processer. Disse bindinger kan være ioniske, kovalente, metalliske eller van der Waals.
Det velkendte vandmolekyle har den kemiske formel H2O. Iltatomet i det er forbundet ved hjælp af polære kovalente bindinger med to hydrogenatomer. Denne struktur bestemmer mange af de fysiske og kemiske egenskaber ved flydende vand, is og damp.
Naturgas metan er en anden lysende repræsentant for et molekylært stof. Dens partikler danneset carbonatom og fire hydrogenatomer (CH4). I rummet har molekylerne form som et tetraeder med kulstof i midten.
Luft er en kompleks blanding af gasser, som hovedsageligt består af oxygenmolekyler O2 og nitrogen N2. Begge typer er forbundet med stærke dobbelte og tredobbelte kovalente ikke-polære bindinger, hvilket gør dem meget kemisk inerte.
Bestemmelse af massen af et molekyle gennem dets molære masse
Det periodiske system over kemiske grundstoffer indeholder en stor mængde information, blandt hvilke der er atommasseenheder (amu). For eksempel har et brintatom en amu på 1 og et oxygenatom på 16. Hvert af disse tal angiver massen i gram, som et system indeholdende 1 mol atomer af det tilsvarende grundstof vil have. Husk, at måleenheden for mængden af stof 1 mol er antallet af partikler i systemet, svarende til Avogadro-tallet NA, det er lig med 6,0210 23.
Når de overvejer et molekyle, bruger de ikke begrebet amu, men molekylvægt. Sidstnævnte er en simpel sum af a.m.u. for de atomer, der udgør molekylet. For eksempel vil den molære masse for H2O være 18 g/mol, og for O2 32 g/mol. Hvis du har et generelt koncept, kan du gå videre til beregningerne.
Molmassen M er nem at bruge til at beregne massen af et molekyle m1. For at gøre dette skal du bruge en simpel formel:
m1=M/NA.
I nogle opgavermassen af systemet m og mængden af stof i det n kan angives. I dette tilfælde beregnes massen af et molekyle som følger:
m1=m/(nNA).
Ideel gas
Dette koncept kaldes sådan en gas, hvis molekyler tilfældigt bevæger sig i forskellige retninger ved høje hastigheder, ikke interagerer med hinanden. Afstandene mellem dem overstiger langt deres egne størrelser. For en sådan model er følgende udtryk sandt:
PV=nRT.
Det kaldes Mendeleev-Clapeyron-loven. Som du kan se, relaterer ligningen trykket P, volumenet V, den absolutte temperatur T og mængden af stof n. I formlen er R gaskonstanten, numerisk lig med 8,314. Den skrevne lov kaldes universel, fordi den ikke afhænger af systemets kemiske sammensætning.
Hvis tre termodynamiske parametre er kendt - T, P, V og værdien m af systemet, så er massen af et ideelt gasmolekyle m1 ikke svært at bestemme ved følgende formel:
m1=mRT/(NAPV).
Dette udtryk kan også skrives i form af gasdensitet ρ og Boltzmann-konstanten kB:
m1=ρkBT/P.
Eksempelproblem
Det er kendt, at massefylden af noget gas er 1,225 kg/m3ved atmosfærisk tryk 101325 Pa og temperatur 15 oC. Hvad er massen af et molekyle? Hvilken gas taler du om?
Fordi vi får tryk, tæthed og temperatursystem, så kan du bruge formlen opnået i det foregående afsnit til at bestemme massen af et molekyle. Vi har:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
For at besvare det andet spørgsmål i problemet, lad os finde den molære masse M af gassen:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Den opnåede værdi af molmassen svarer til gasluften.
