Iga inimene teab, et meid ümbritsevad kehad koosnevad aatomitest ja molekulidest. Neil on erinev kuju ja struktuur. Keemia ja füüsika ülesandeid lahendades on sageli vaja leida molekuli mass. Vaatleme selles artiklis mitmeid teoreetilisi meetodeid selle probleemi lahendamiseks.
Üldine teave
Enne kui mõelda, kuidas leida molekuli massi, peaksite tutvuma mõiste endaga. Siin on mõned näited.
Molekuliks nimetatakse tavaliselt aatomite kogumit, mis on omavahel ühendatud üht või teist tüüpi keemilise sidemega. Samuti tuleks ja saab neid käsitleda kui tervikut erinevates füüsikalistes ja keemilistes protsessides. Need sidemed võivad olla ioonsed, kovalentsed, metallilised või van der Waalsi sidemed.
Tuntud veemolekuli keemiline valem on H2O. Selles sisalduv hapnikuaatom on polaarsete kovalentsete sidemete kaudu ühendatud kahe vesinikuaatomiga. See struktuur määrab ära paljud vedela vee, jää ja auru füüsikalised ja keemilised omadused.
Maagaas metaan on veel üks molekulaarse aine särav esindaja. Selle osakesed moodustuvadsüsinikuaatom ja neli vesinikuaatomit (CH4). Kosmoses on molekulidel tetraeedri kuju, mille keskel on süsinik.
Õhk on keeruline gaaside segu, mis koosneb peamiselt hapnikumolekulidest O2 ja lämmastikust N2. Mõlemat tüüpi ühendavad tugevad topelt- ja kolmekordsed kovalentsed mittepolaarsed sidemed, mis muudab need keemiliselt väga inertseks.
Molekuli massi määramine selle molaarmassi järgi
Keemiliste elementide perioodilisustabel sisaldab suurel hulgal teavet, mille hulgas on ka aatommassi ühikuid (amu). Näiteks vesinikuaatomi amu on 1 ja hapnikuaatomil 16. Kõik need numbrid näitavad massi grammides, mis on süsteemil, mis sisaldab 1 mooli vastava elemendi aatomeid. Tuletame meelde, et aine koguse 1 mool mõõtühik on süsteemis olevate osakeste arv, mis vastab Avogadro arvule NA, see on võrdne 6,0210 23.
Molekuli kaalumisel kasutavad nad mitte amu, vaid molekulmassi mõistet. Viimane on lihtne summa a.m.u. molekuli moodustavate aatomite jaoks. Näiteks H2O molaarmass oleks 18 g/mol ja O2 puhul 32 g/mol. Kui teil on üldkontseptsioon, võite jätkata arvutustega.
Molaarmassi M on lihtne kasutada molekuli massi m1 arvutamiseks. Selleks kasutage lihtsat valemit:
m1=M/NA.
Mõnes ülesandessaab anda süsteemi m massi ja selles sisalduva aine hulga n. Sel juhul arvutatakse ühe molekuli mass järgmiselt:
m1=m/(nNA).
Ideaalne gaas
Seda mõistet nimetatakse selliseks gaasiks, mille molekulid liiguvad suurel kiirusel juhuslikult eri suundades, omavahel ei interakteeru. Nende vaheline kaugus ületab tunduv alt nende enda suurust. Sellise mudeli puhul kehtib järgmine avaldis:
PV=nRT.
Seda nimetatakse Mendelejevi-Clapeyroni seaduseks. Nagu näete, seob võrrand rõhu P, ruumala V, absoluutse temperatuuri T ja aine koguse n. Valemis on R gaasikonstant, arvuliselt võrdne 8,314. Kirjutatud seadust nimetatakse universaalseks, kuna see ei sõltu süsteemi keemilisest koostisest.
Kui on teada kolm termodünaamilist parameetrit – T, P, V ja süsteemi väärtus m, siis pole ideaalse gaasimolekuli massi m1 raske määrata järgmise valemiga:
m1=mRT/(NAPV).
Selle avaldise saab kirjutada ka gaasi tiheduse ρ ja Boltzmanni konstandi kB:
m1=ρkBT/P.
Näidisprobleem
On teada, et mõne gaasi tihedus on 1,225 kg/m3atmosfäärirõhul 101325 Pa ja temperatuuril 15 oC. Mis on molekuli mass? Mis gaasist sa räägid?
Sest meile on antud rõhk, tihedus ja temperatuursüsteemi, siis saate ühe molekuli massi määramiseks kasutada eelmises lõigus saadud valemit. Meil on:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Üleülesande teisele küsimusele vastamiseks leiame gaasi molaarmassi M:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Saadud molaarmassi väärtus vastab gaasiõhule.
