Formler för att beräkna massan av en molekyl, ett exempel på ett problem

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:42

Varje person vet att kropparna runt omkring oss består av atomer och molekyler. De har olika former och strukturer. När man löser problem inom kemi och fysik är det ofta nödvändigt att hitta massan på en molekyl. Betrakta i den här artikeln flera teoretiska metoder för att lösa detta problem.

Allmän information

Innan du överväger hur du hittar massan av en molekyl bör du bekanta dig med själva konceptet. Här är några exempel.

En molekyl brukar kallas en uppsättning atomer som är förenade med varandra genom en eller annan typ av kemisk bindning. Dessutom bör och kan de betraktas som en helhet i olika fysikaliska och kemiska processer. Dessa bindningar kan vara joniska, kovalenta, metalliska eller van der Waals.

Den välkända vattenmolekylen har den kemiska formeln H₂O. Syreatomen i den är ansluten med hjälp av polära kovalenta bindningar med två väteatomer. Denna struktur bestämmer många av de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos flytande vatten, is och ånga.

Naturgas metan är en annan ljus representant för ett molekylärt ämne. Dess partiklar bildasen kolatom och fyra väteatomer (CH₄). I rymden har molekylerna formen av en tetraeder med kol i mitten.

Luft är en komplex blandning av gaser, som huvudsakligen består av syremolekylerna O₂ och kväve N₂. Båda typerna är förbundna med starka dubbel- och trippelkovalenta icke-polära bindningar, vilket gör dem mycket kemiskt inerta.

Bestämma massan av en molekyl genom dess molära massa

Det periodiska systemet för kemiska grundämnen innehåller en stor mängd information, bland vilka det finns atommassaenheter (amu). Till exempel har en väteatom en amu på 1 och en syreatom på 16. Var och en av dessa siffror anger massan i gram som ett system som innehåller 1 mol atomer av motsvarande element kommer att ha. Kom ihåg att måttenheten för mängden ämne 1 mol är antalet partiklar i systemet, motsvarande Avogadro-talet N_A, det är lika med 6,0210 ²³.

När de överväger en molekyl använder de inte begreppet amu utan molekylvikt. Det senare är en enkel summa av a.m.u. för atomerna som utgör molekylen. Till exempel skulle molmassan för H₂O vara 18 g/mol och för O₂ 32 g/mol. Om du har ett allmänt koncept kan du gå vidare till beräkningarna.

Molmassan M är lätt att använda för att beräkna massan av en molekyl m₁. För att göra detta, använd en enkel formel:

m₁=M/N_A.

I vissa uppgiftermassan av systemet m och mängden materia i det n kan anges. I detta fall beräknas massan av en molekyl enligt följande:

m₁=m/(nN_A).

Ideal gas

Detta koncept kallas en sådan gas, vars molekyler slumpmässigt rör sig i olika riktningar med höga hastigheter, inte interagerar med varandra. Avstånden mellan dem överstiger vida deras egna storlekar. För en sådan modell är följande uttryck sant:

PV=nRT.

Det kallas Mendeleev-Clapeyron-lagen. Som du kan se relaterar ekvationen trycket P, volymen V, den absoluta temperaturen T och mängden ämne n. I formeln är R gaskonstanten, numeriskt lika med 8,314. Den skrivna lagen kallas universell eftersom den inte beror på systemets kemiska sammansättning.

Om tre termodynamiska parametrar är kända - T, P, V och systemets värde m, så är massan av en ideal gasmolekyl m₁ inte svårt att bestämma med följande formel:

m₁=mRT/(N_APV).

Detta uttryck kan också skrivas i termer av gasdensitet ρ och Boltzmann konstant k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Exempelproblem

Det är känt att densiteten för viss gas är 1,225 kg/m³vid atmosfärstryck 101325 Pa och temperatur 15 ^oC. Vad är massan av en molekyl? Vilken gas pratar du om?

För att vi får tryck, densitet och temperatursystem, då kan du använda formeln som erhölls i föregående stycke för att bestämma massan av en molekyl. Vi har:

m₁=ρk_BT/P;

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

För att svara på den andra frågan om problemet, låt oss hitta gasens molära massa M:

M=m₁N_A;

M=4,80710^-266,0210²³=0,029 kg/mol.

Det erhållna värdet på molmassan motsvarar gasluften.