Medžiagos molinė masė yra lygi medžiagos masei. Medžiagos tūrio ir jos kiekio santykis

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) medžiagos kiekio vienetas yra molis.

Kurmis - tai medžiagos kiekis, turintis tiek struktūrinių vienetų (molekulių, atomų, jonų, elektronų ir kt.), kiek atomų yra 0,012 kg anglies izotopo 12 C.

Žinodami vieno anglies atomo masę (1,93310 -26 kg), galime apskaičiuoti N A atomų skaičių 0,012 kg anglies.

N A = 0,012/1,93310 -26 = 6,0210 23 mol -1

6.0210 23 mol -1 vadinamas Avogadro konstanta(žymėjimas N A, matmuo 1/mol arba mol -1). Tai rodo struktūrinių vienetų skaičių bet kurios medžiagos mole.

Molinė masė– reikšmė, lygi medžiagos masės ir medžiagos kiekio santykiui. Jo matmenys yra kg / mol arba g / mol. Paprastai jis žymimas M.

Paprastai medžiagos molinė masė, išreikšta g/mol, yra skaitinė lygi šios medžiagos santykinei atominei (A) arba santykinei molekulinei masei (M). Pavyzdžiui, santykinė C, Fe, O 2, H 2 O atominė ir molekulinė masė yra atitinkamai 12, 56, 32, 18, o jų molinė masė yra atitinkamai 12 g/mol, 56 g/mol, 32 g/mol. , 18 g/mol.

Reikėtų pažymėti, kad medžiagos masė ir kiekis yra skirtingos sąvokos. Masė išreiškiama kilogramais (gramais), o medžiagos kiekis – moliais. Yra paprasti ryšiai tarp medžiagos masės (m, g), medžiagos kiekio (ν, mol) ir molinės masės (M, g/mol).

m = νM; ν = m/M; M = m/t.

Naudojant šias formules nesunku apskaičiuoti tam tikro medžiagos kiekio masę arba nustatyti medžiagos molių skaičių žinomoje masėje arba rasti medžiagos molinę masę.

Santykinės atominės ir molekulinės masės

Chemijoje jie tradiciškai naudoja santykines, o ne absoliučias masės vertes. Nuo 1961 m. atominės masės vienetas (sutrumpintai a.m.u.), kuris yra 1/12 anglies-12 atomo masės, tai yra anglies izotopas 12 C, buvo priimtas kaip santykinių atominių masių vienetas nuo 1961 m.

Santykinė molekulinė masė Medžiagos (M r) yra reikšmė, lygi vidutinės natūralios medžiagos izotopinės sudėties molekulės masės ir 1/12 anglies atomo masės 12 C santykiui.

Santykinė molekulinė masė yra skaitine prasme lygi visų molekulę sudarančių atomų santykinių atominių masių sumai ir lengvai apskaičiuojama naudojant medžiagos formulę, pavyzdžiui, medžiagos formulė yra B x D y C z, tada

M r = xA B + yA D + zA C.

Molekulinė masė turi matmenis a.m.u. ir yra skaitine prasme lygi molinei masei (g/mol).

Dujų įstatymai

Dujų būseną visiškai apibūdina jų temperatūra, slėgis, tūris, masė ir molinė masė. Šiuos parametrus jungiantys dėsniai yra labai artimi visoms dujoms ir visiškai tikslūs idealios dujos , kuriame visiškai nėra dalelių sąveikos ir kurių dalelės yra materialūs taškai.

Pirmieji kiekybiniai dujų reakcijų tyrimai priklausė prancūzų mokslininkui Gay-Lussac. Jis yra dujų šiluminio plėtimosi dėsnių ir tūrinių santykių dėsnio autorius. Šiuos dėsnius 1811 metais paaiškino italų fizikas A. Avogadro. Avogadro dėsnis – vienas iš svarbių pagrindinių chemijos principų, teigiančių, kad „ vienoduose tūriuose skirtingų dujų, paimtų esant tokiai pačiai temperatūrai ir slėgiui, yra tiek pat molekulių».

Pasekmės iš Avogadro dėsnio:

1) daugumos paprastų atomų molekulės yra dviatomės (H 2 , APIE 2 ir kt.);

2) tiek pat skirtingų dujų molekulių tomis pačiomis sąlygomis užima tą patį tūrį.

3) normaliomis sąlygomis vienas molis bet kurių dujų užima 22,4 dm tūrį 3 (l).Šis tūris vadinamas krūminiaidujų tūris(V o) (įprastos sąlygos – t o = 0 °C arba

T o = 273 K, P o = 101325 Pa = 101,325 kPa = 760 mm. rt. Art. = 1 atm).

4) vienas molis bet kurios medžiagos ir bet kurio elemento atomas, nepriklausomai nuo agregacijos sąlygų ir būsenos, turi vienodą molekulių skaičių. Tai Avogadro skaičius (Avogadro konstanta) – eksperimentiškai nustatyta, kad šis skaičius lygus

N A = 6,02213∙10 23 (molekulės).

Taigi: dujoms 1 mol – 22,4 dm 3 (l) – 6,023∙10 23 molekulės – M, g/mol ;

dėl esmės 1 molis – 6,023∙10 23 molekulės – M, g/mol.

Remiantis Avogadro įstatymu: Esant tokiam pačiam slėgiui ir toms pačioms temperatūroms, vienodo tūrio dujų masės (m) yra susijusios su jų molinėmis masėmis (M)

m 1 /m 2 = M 1 / M 2 = D,

kur D yra santykinis pirmųjų dujų tankis antrųjų atžvilgiu.

Pagal R. Boyle'o dėsnis – E. Mariotte , esant pastoviai temperatūrai, tam tikros dujų masės sukuriamas slėgis yra atvirkščiai proporcingas dujų tūriui

P o /P 1 = V 1 /V o arba PV = pastovus.

Tai reiškia, kad didėjant slėgiui, dujų tūris mažėja. Pirmą kartą šį dėsnį 1662 metais suformulavo R. Boyle'as. Kadangi jį kuriant dalyvavo ir prancūzų mokslininkas E. Marriottas, kitose šalyse, išskyrus Angliją, šis įstatymas vadinamas dvigubu vardu. Tai yra ypatingas atvejis Idealiųjų dujų įstatymas(apibūdinančios hipotetines dujas, kurios idealiai paklūsta visiems dujų elgesio dėsniams).

Autorius J. Gay-Lussac dėsnis : esant pastoviam slėgiui, dujų tūris kinta tiesiogiai proporcingai absoliučiai temperatūrai (T)

V 1 /T 1 = V o /T o arba V/T = pastovus.

Ryšys tarp dujų tūrio, slėgio ir temperatūros gali būti išreikštas bendra lygtimi, jungiančia Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius ( jungtinis dujų įstatymas)

PV/T=P o V o /T o,

čia P ir V yra dujų slėgis ir tūris tam tikroje temperatūroje T; P o ir V o – dujų slėgis ir tūris normaliomis sąlygomis (n.s.).

Mendelejevo-Klapeirono lygtis (idealiųjų dujų būsenos lygtis) nustato ryšį tarp dujų masės (m, kg), temperatūros (T, K), slėgio (P, Pa) ir tūrio (V, m 3) su jų moline mase ( M, kg/mol)

kur R yra universali dujų konstanta, lygi 8,314 J/(mol K). Be to, dujų konstanta turi dar dvi vertes: P – mmHg, V - cm 3 (ml), R = 62400 ;

R – bankomatas, V – dm 3 (l), R = 0,082 .

Dalinis slėgis (lot. partialis- dalinis, nuo lat. pars- dalis) - atskiro dujų mišinio komponento slėgis. Bendras dujų mišinio slėgis yra jo komponentų dalinių slėgių suma.

Skystyje ištirpusių dujų dalinis slėgis – tai dalinis dujų slėgis, kuris susidarytų dujų susidarymo fazėje, esant pusiausvyrai su skysčiu toje pačioje temperatūroje. Dalinis dujų slėgis matuojamas kaip dujų molekulių termodinaminis aktyvumas. Dujos visada tekės iš aukšto dalinio slėgio zonos į žemesnio slėgio sritį; ir kuo didesnis skirtumas, tuo greitesnis bus srautas. Dujos tirpsta, difunduoja ir reaguoja pagal savo dalinį slėgį ir nebūtinai priklauso nuo koncentracijos dujų mišinyje. Dalinių slėgių pridėjimo dėsnį 1801 metais suformulavo J. Daltonas. Tuo pačiu metu teisingas teorinis pagrindimas, pagrįstas molekuline kinetine teorija, buvo pateiktas daug vėliau. Daltono dėsniai - du fizikinius dėsnius, nulemiančius bendrą dujų mišinio slėgį ir tirpumą ir kuriuos jis suformulavo XIX amžiaus pradžioje.

Molekulinė fizika tiria kūnų savybes, pagrįstas atskirų molekulių elgesiu. Visi matomi procesai vyksta mažiausių dalelių sąveikos lygmenyje, tai, ką matome plika akimi, yra tik šių subtilių giluminių ryšių pasekmė.

Susisiekus su

Pagrindinės sąvokos

Molekulinė fizika kartais laikoma teoriniu termodinamikos papildymu. Termodinamika, atsiradusi daug anksčiau, nagrinėjo šilumos perėjimą į darbą, siekdama grynai praktinių tikslų. Ji nepateikė teorinio pagrindimo, aprašė tik eksperimentų rezultatus. Pagrindinės molekulinės fizikos sąvokos atsirado vėliau, XIX a.

Ji tiria kūnų sąveiką molekuliniame lygmenyje, vadovaudamasi statistiniu metodu, kuris nustato minimalių dalelių – molekulių – chaotiškų judėjimų dėsningumus. Molekulinė fizika ir termodinamika papildo viena kitą,žvelgiant į procesus iš skirtingų požiūrių. Tuo pačiu metu termodinamika nesusiję su atominiais procesais, susijusiais tik su makroskopiniais kūnais, o molekulinė fizika, priešingai, bet kokį procesą nagrinėja būtent atskirų struktūrinių vienetų sąveikos požiūriu.

Visos sąvokos ir procesai turi savo pavadinimus ir yra aprašomi specialiomis formulėmis, kurios aiškiausiai parodo tam tikrų parametrų sąveiką ir priklausomybę vienas nuo kito. Procesai ir reiškiniai susikerta savo pasireiškimais, skirtingose ​​formulėse gali būti vienodi kiekiai ir jie gali būti išreikšti skirtingais būdais.

Medžiagos kiekis

Medžiagos kiekis lemia ryšį tarp (masės) ir masėje esančių molekulių skaičiaus. Faktas yra tas, kad skirtingos tos pačios masės medžiagos turi skirtingą minimalių dalelių skaičių. Molekuliniame lygmenyje vykstančius procesus galima suprasti tik tiksliai įvertinus sąveikoje dalyvaujančių atominių vienetų skaičių. Medžiagos kiekio matavimo vienetas, priimtas SI sistemoje, - apgamas.

Dėmesio! Viename molyje visada yra tiek pat minimalių dalelių. Šis skaičius vadinamas Avogadro skaičiumi (arba konstanta) ir yra lygus 6,02x1023.

Ši konstanta naudojama tais atvejais, kai atliekant skaičiavimus reikia atsižvelgti į tam tikros medžiagos mikroskopinę struktūrą. Susitvarkyti su molekulių skaičiumi yra sunku, nes reikia operuoti su didžiuliais skaičiais, todėl naudojamas molis – skaičius, nustatantis dalelių skaičių masės vienete.

Formulė, nustatanti medžiagos kiekį:

Medžiagos kiekis apskaičiuojamas įvairiais atvejais, naudojamas daugelyje formulių ir yra svarbi molekulinės fizikos vertybė.

Dujų slėgis

Dujų slėgis yra svarbus dydis, turintis ne tik teorinę, bet ir praktinę reikšmę. Pažvelkime į dujų slėgio formulę, naudojamą molekulinėje fizikoje, su paaiškinimais, kurių reikia norint geriau suprasti.

Norėdami sudaryti formulę, turėsite atlikti keletą supaprastinimų. Molekulės yra sudėtingos sistemos, turintis daugiapakopę struktūrą. Paprastumo dėlei tam tikrame inde esančias dujų daleles laikome elastingais vienalyčiais rutuliais, kurie tarpusavyje nesąveikauja (idealios dujos).

Minimalių dalelių judėjimo greitis taip pat bus laikomas tokiu pačiu. Įvedus tokius supaprastinimus, kurie labai nekeičia tikrosios padėties, galime išvesti tokį apibrėžimą: dujų slėgis – jėga, kurią veikia dujų molekulės veikiant indų sieneles.

Tuo pačiu metu, atsižvelgiant į erdvės trimatiškumą ir dviejų kiekvieno matmens krypčių buvimą, galima apriboti sienas veikiančių konstrukcinių vienetų skaičių iki 1/6.

Taigi, sujungę visas šias sąlygas ir prielaidas, galime daryti išvadą dujų slėgio formulė idealiomis sąlygomis.

Formulė atrodo taip:

čia P yra dujų slėgis;

n – molekulių koncentracija;

K - Boltzmann konstanta (1,38×10-23);

Ek – dujų molekulės.

Yra ir kita formulės versija:

P = nkT,

čia n yra molekulių koncentracija;

T – absoliuti temperatūra.

Dujų tūrio formulė

Dujų tūris yra erdvė, kurią tam tikromis sąlygomis užima tam tikras dujų kiekis. Skirtingai nuo kietųjų medžiagų, kurių tūris yra pastovus, praktiškai nepriklausomas nuo aplinkos sąlygų, dujų tūris gali keistis priklausomai nuo slėgio arba temperatūra.

Dujų tūrio formulė yra Mendelejevo-Clapeyrono lygtis, kuri atrodo taip:

PV = nRT

čia P yra dujų slėgis;

V - dujų tūris;

n yra dujų molių skaičius;

R - universali dujų konstanta;

T - dujų temperatūra.

Paprastais pertvarkymais gauname dujų tūrio formulę:

Svarbu! Pagal Avogadro dėsnį, vienoduose tūriuose bet kokių dujų, patalpintų lygiai tokiomis pačiomis sąlygomis – slėgis, temperatūra – visada bus vienodas minimalių dalelių skaičius.

Kristalizacija

Kristalizacija – tai medžiagos fazinis perėjimas iš skystos į kietą būseną, t.y. Procesas yra atvirkštinis lydymosi procesas. Kristalizacijos procesas vyksta išsiskiriant šilumai, kuris turi būti pašalintas iš medžiagos. Temperatūra sutampa su lydymosi temperatūra, visas procesas apibūdinamas formule:

Q = λm,

čia Q yra šilumos kiekis;

λ - lydymosi šiluma;

Ši formulė apibūdina ir kristalizaciją, ir lydymąsi, nes tai iš esmės yra dvi to paties proceso pusės. Kad medžiaga kristalizuotųsi, jis turi būti atvėsintas iki lydymosi temperatūros, tada pašalinkite šilumos kiekį, lygų masės ir savitosios lydymosi šilumos sandaugai (λ). Kristalizacijos metu temperatūra nesikeičia.

Yra ir kitas būdas suprasti šį terminą – kristalizacija iš persotintų tirpalų. Šiuo atveju perėjimo priežastis yra ne tik tam tikros temperatūros pasiekimas, bet ir tirpalo prisotinimo tam tikra medžiaga laipsnis. Tam tikrame etape ištirpusių dalelių skaičius tampa per didelis, todėl susidaro maži pavieniai kristalai. Jie pritvirtina molekules iš tirpalo, todėl auga sluoksnis po sluoksnio. Priklausomai nuo augimo sąlygų, kristalai yra įvairių formų.

Molekulių skaičius

Lengviausias būdas nustatyti dalelių, esančių tam tikroje medžiagos masėje, skaičių yra naudojant šią formulę:

Iš to išplaukia, kad molekulių skaičius yra lygus:

Tai yra, pirmiausia reikia nustatyti medžiagos kiekį tam tikroje masėje. Tada jis padauginamas iš Avogadro skaičiaus ir gaunamas struktūrinių vienetų skaičius. Junginiams apskaičiuojama sudedant komponentų atominius svorius. Pažvelkime į paprastą pavyzdį:

Nustatykime vandens molekulių skaičių 3 gramuose. Formulėje (H2O) yra du atomai ir vienas . Minimalios vandens dalelės bendra atominė masė bus: 1+1+16 = 18 g/mol.

Medžiagos kiekis 3 gramuose vandens:

Molekulių skaičius:

1/6 × 6 × 1023 = 1023.

Molekulių masės formulė

Viename molyje visada yra tiek pat minimalių dalelių. Todėl, žinodami molio masę, galime ją padalinti iš molekulių skaičiaus (Avogadro skaičiaus), gaudami sistemos vieneto masę.

Reikėtų pažymėti, kad ši formulė taikoma tik neorganinėms molekulėms. Organinės molekulės yra daug didesnės, jų dydis ar svoris turi visiškai skirtingas reikšmes.

Molinė dujų masė

Molinė masė yra vieno molio medžiagos masė kilogramais. Kadangi viename molyje yra tiek pat struktūrinių vienetų, molinės masės formulė atrodo taip:

M = κ × p

čia k yra proporcingumo koeficientas;

Mr yra medžiagos atominė masė.

Dujų molinę masę galima apskaičiuoti naudojant Mendelejevo-Clapeyrono lygtį:

pV = mRT/M,

iš kurių galime daryti išvadą:

M = mRT/pV

Taigi, dujų molinė masė yra tiesiogiai proporcinga dujų masės ir temperatūros sandaugai ir visuotinei dujų konstantai ir atvirkščiai proporcinga dujų slėgio ir jų tūrio sandaugai.

Dėmesio! Reikia atsižvelgti į tai, kad dujų, kaip elemento, molinė masė gali skirtis nuo dujų kaip medžiagos, pavyzdžiui, elemento deguonies molinė masė (O) yra 16 g/mol, o deguonies masė medžiagos (O2) yra 32 g/mol.

Pagrindinės IRT nuostatos.

Fizika per 5 minutes – molekulinė fizika

Išvada

Molekulinėje fizikoje ir termodinamikoje esančios formulės leidžia apskaičiuoti visų procesų, vykstančių su kietosiomis medžiagomis ir dujomis, kiekybines vertes. Tokie skaičiavimai būtini tiek teoriniuose tyrimuose, tiek praktikoje, nes padeda spręsti praktines problemas.

Molekulinė masė yra viena iš pagrindinių šiuolaikinės chemijos sąvokų. Jo įvedimas tapo įmanomas po to, kai buvo moksliškai pagrįstas Avogadro teiginys, kad daugelis medžiagų susideda iš mažų dalelių - molekulių, kurių kiekviena savo ruožtu susideda iš atomų. Dėl šio sprendimo mokslas daugiausia priklauso italų chemikui Amadeo Avogadro, kuris moksliškai pagrindė medžiagų molekulinę struktūrą ir suteikė chemijai daug svarbiausių sąvokų ir dėsnių.

Elementų masės vienetai

Iš pradžių vandenilio atomas buvo laikomas pagrindiniu atomo ir molekulinės masės vienetu kaip lengviausias Visatos elementas. Tačiau atominės masės dažniausiai buvo skaičiuojamos pagal jų deguonies junginius, todėl buvo nuspręsta pasirinkti naują atominių masių nustatymo standartą. Deguonies atominė masė buvo paimta 15, o lengviausios Žemėje medžiagos – vandenilio – 1. 1961 metais deguonies sistema svoriui nustatyti buvo visuotinai priimta, tačiau tai sukėlė tam tikrų nepatogumų.

1961 m. buvo priimta nauja santykinių atominių masių skalė, kurios etalonas buvo anglies izotopas 12 C. Atominės masės vienetas (sutrumpintas kaip amu) yra 1/12 šio etalono masės. Šiuo metu atominė masė yra atomo masė, kuri turi būti išreikšta amu.

Molekulių masė

Bet kurios medžiagos molekulės masė yra lygi visų atomų, sudarančių šią molekulę, masių sumai. Lengviausia dujų molekulinė masė yra vandenilis, jo junginys užrašytas kaip H2 ir jo vertė artima dviems. Vandens molekulė susideda iš deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų. Tai reiškia, kad jo molekulinė masė yra 15,994 + 2*1,0079=18,0152 amu. Didžiausias molekulinis svoris yra sudėtingų organinių junginių – baltymų ir aminorūgščių. Baltymų struktūrinio vieneto molekulinė masė svyruoja nuo 600 iki 10 6 ir daugiau, priklausomai nuo peptidinių grandinių skaičiaus šioje makromolekulinėje struktūroje.

Kurmis

Kartu su standartiniais masės ir tūrio vienetais chemijoje naudojamas visiškai specialus sistemos vienetas – molas.

Molis – tai medžiagos kiekis, kuriame yra tiek struktūrinių vienetų (jonų, atomų, molekulių, elektronų), kiek yra 12 gramų 12C izotopo.

Naudojant medžiagos kiekio matą, būtina nurodyti, kokie struktūriniai vienetai turimi omenyje. Kaip matyti iš „molio“ sąvokos, kiekvienu atskiru atveju būtina tiksliai nurodyti, apie kokius struktūrinius vienetus kalbame - pavyzdžiui, H + jonų molį, H 2 molekulių molį ir kt.

Molinė ir molekulinė masė

1 molio medžiagos masė matuojama g/mol ir vadinama moline mase. Ryšys tarp molekulinės ir molinės masės gali būti parašytas kaip lygtis

ν = k × m/M, kur k yra proporcingumo koeficientas.

Nesunku pasakyti, kad bet kuriam santykiui proporcingumo koeficientas bus lygus vienetui. Iš tiesų, anglies izotopo santykinė molekulinė masė yra 12 amu, o pagal apibrėžimą šios medžiagos molinė masė yra 12 g/mol. Molekulinės masės ir molinės masės santykis yra 1. Iš to galime daryti išvadą, kad molinė ir molekulinė masė turi tas pačias skaitines reikšmes.

Dujų kiekiai

Kaip žinote, visos mus supančios medžiagos gali būti kietos, skystos arba dujinės agregacijos būsenos. Kietosioms medžiagoms dažniausiai naudojamas pagrindinis matas yra masė, kietoms medžiagoms ir skysčiams – tūris. Taip yra dėl to, kad kietosios medžiagos išlaiko savo formą ir baigtinius matmenis. Skystos ir dujinės medžiagos neturi baigtinių matmenų. Bet kurių dujų ypatumas yra tas, kad tarp jų struktūrinių vienetų – molekulių, atomų, jonų – atstumas yra daug kartų didesnis už tuos pačius atstumus skysčiuose ar kietose medžiagose. Pavyzdžiui, vienas molis vandens normaliomis sąlygomis užima 18 ml tūrį – maždaug tiek pat, kiek ir vienas valgomasis šaukštas. Vieno molio smulkiai kristalinės valgomosios druskos tūris yra 58,5 ml, o 1 molio cukraus tūris yra 20 kartų didesnis nei molio vandens. Dujoms reikia dar daugiau vietos. Vienas molis azoto normaliomis sąlygomis užima 1240 kartų didesnį tūrį nei vienas molis vandens.

Taigi dujinių medžiagų tūriai labai skiriasi nuo skystų ir kietų medžiagų tūrių. Taip yra dėl skirtingų atstumų tarp skirtingų agregacijos būsenų medžiagų molekulių.

Normalios sąlygos

Bet kokių dujų būsena labai priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Pavyzdžiui, azotas 20 °C temperatūroje užima 24 litrus, o 100 °C esant tokiam pat slėgiui – 30,6 litro. Chemikai atsižvelgė į šią priklausomybę, todėl buvo nuspręsta visas operacijas ir matavimus su dujinėmis medžiagomis sumažinti iki normalių sąlygų. Visame pasaulyje normalių sąlygų parametrai yra vienodi. Dujinėms cheminėms medžiagoms tai yra:

• Temperatūra 0°C.
• Slėgis 101,3 kPa.

Normalioms sąlygoms buvo priimta speciali santrumpa - Nr. Kartais šis pavadinimas neparašytas problemose, tada turėtumėte atidžiai perskaityti problemos sąlygas ir nustatyti dujų parametrus į normalias sąlygas.

1 molio dujų tūrio apskaičiavimas

Pavyzdžiui, nesunku apskaičiuoti vieną molį bet kokių dujų, pavyzdžiui, azoto. Norėdami tai padaryti, pirmiausia turite rasti jo santykinės molekulinės masės vertę:

M r (N 2) = 2 × 14 = 28.

Kadangi santykinė medžiagos molekulinė masė yra skaitine prasme lygi molinei masei, tada M(N2)=28 g/mol.

Eksperimentiškai nustatyta, kad normaliomis sąlygomis azoto tankis yra 1,25 g/l.

Pakeiskime šią reikšmę į standartinę formulę, žinomą iš mokyklos fizikos kurso, kur:

• V – dujų tūris;
• m yra dujų masė;
• ρ yra dujų tankis.

Mes nustatome, kad azoto molinis tūris normaliomis sąlygomis

V(N 2) = 25 g/mol: 1,25 g/l = 22,4 l/mol.

Pasirodo, vienas molis azoto užima 22,4 litro.

Jei atliksite tokią operaciją su visomis esamomis dujinėmis medžiagomis, galite padaryti nuostabią išvadą: bet kokių dujų tūris įprastomis sąlygomis yra 22,4 litro. Nepriklausomai nuo to, apie kokias dujas kalbame, kokia jų struktūra ir fizinės bei cheminės savybės, vienas molis šių dujų užims 22,4 litro tūrį.

Molinis dujų tūris yra viena iš svarbiausių chemijos konstantų. Ši konstanta leidžia išspręsti daugelį cheminių problemų, susijusių su dujų savybių matavimu normaliomis sąlygomis.

Rezultatai

Dujinių medžiagų molekulinė masė yra svarbi nustatant medžiagos kiekį. Ir jei tyrėjas žino konkrečių dujų medžiagos kiekį, jis gali nustatyti tokių dujų masę arba tūrį. Tai pačiai dujinės medžiagos daliai vienu metu tenkinamos šios sąlygos:

ν = m/ M ν= V/ V m.

Jei pašalinsime konstantą ν, galime sulyginti šias dvi išraiškas:

Taip galima apskaičiuoti vienos medžiagos dalies masę ir jos tūrį, taip pat tampa žinoma tiriamos medžiagos molekulinė masė. Naudodami šią formulę galite lengvai apskaičiuoti tūrio ir masės santykį. Suvedus šią formulę į formą M= m V m /V, bus žinoma norimo junginio molinė masė. Norint apskaičiuoti šią vertę, pakanka žinoti tiriamų dujų masę ir tūrį.

Reikėtų prisiminti, kad neįmanoma tiksliai atitikti tikrosios medžiagos molekulinės masės ir molekulinės masės, nustatytos naudojant formulę. Bet kokiose dujose yra daug priemaišų ir priedų, kurie daro tam tikrus jų struktūros pokyčius ir turi įtakos jų masės nustatymui. Tačiau šie svyravimai įveda trečiojo ar ketvirto skaitmens po kablelio pakeitimus rastame rezultate. Todėl, kalbant apie mokyklos problemas ir eksperimentus, rasti rezultatai yra gana tikėtini.

Darbo tekstas skelbiamas be vaizdų ir formulių.
Pilną darbo versiją rasite skirtuke „Darbo failai“ PDF formatu

Įvadas

Studijuojant chemiją ir fiziką, svarbų vaidmenį atlieka tokios sąvokos kaip „atomas“, „santykinė cheminio elemento atominė ir molinė masė“. Atrodytų, nieko naujo šioje srityje jau seniai neatrasta. Tačiau Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga (IUPAC) kasmet atnaujina cheminių elementų atominių masių vertes. Per pastaruosius 20 metų buvo pakoreguotos 36 elementų atominės masės, iš kurių 18 neturi izotopų.

Dalyvaujant visos Rusijos gamtos mokslų olimpiados dieniniame ture, mums buvo pasiūlyta tokia užduotis: „Pasiūlykite būdą, kaip mokyklos laboratorijoje nustatyti medžiagos molinę masę“.

Ši užduotis buvo grynai teorinė ir aš ją sėkmingai įvykdžiau. Taigi nusprendžiau eksperimentiniu būdu, mokyklos laboratorijoje, apskaičiuoti medžiagos molinę masę.

Tikslas:

Mokyklos laboratorijoje eksperimentiškai nustatykite medžiagos molinę masę.

Užduotys:

Studijuoti mokslinę literatūrą, kurioje aprašomi santykinės atominės ir molinės masės skaičiavimo metodai.

Fiziniais metodais eksperimentiškai nustatykite dujinės ir kietosios būsenos medžiagos molinę masę.

Daryti išvadas.

II. Pagrindinė dalis

Pagrindinės sąvokos:

Santykinė atominė masė yra cheminio elemento masė, išreikšta atominės masės vienetais (amu). Už 1 amu Priimama 1/12 anglies izotopo, kurio atominė masė yra 12, masės 1 amu = 1,6605655·10 -27 kg.

Santykinė atominė masė – parodo, kiek kartų tam tikro cheminio elemento atomo masė yra didesnė už 1/12 12 C izotopo masės.

Izotopai- to paties cheminio elemento atomai, turintys skirtingą neutronų skaičių ir vienodą protonų skaičių branduolyje, todėl turintys skirtingą santykinę atominę masę.

Medžiagos molinė masė -ši medžiagos masė, paimta 1 mol.

1 molis - Tai yra medžiagos kiekis, kuriame yra tiek pat atomų (molekulių), kiek yra 12 g anglies.

Medžiagos savitoji šiluminė talpa yra fizikinis dydis, parodantis, kiek šilumos turi būti suteikta 1 kg sveriančiam objektui, kad jo temperatūra pasikeistų 1 0 C.

šiluminė talpa - Tai yra medžiagos specifinės šiluminės talpos ir jos masės sandauga.

Cheminių elementų atominių masių nustatymo istorija:

Išanalizavęs įvairius literatūros šaltinius apie įvairių cheminių elementų santykinių atominių masių nustatymo istoriją, nusprendžiau apibendrinti duomenis į lentelę, kas yra gana patogu, nes Įvairiuose literatūros šaltiniuose informacija pateikiama neaiškiai:

Žinodami santykinę atomo masę, galime nustatyti medžiagos molinę masę: M = Ar·10̄ ³ kg/mol

Elementų molekulinės masės nustatymo metodai:

Atominė ir molekulinė masė gali būti nustatoma fizikiniais arba cheminiais metodais. Cheminiai metodai skiriasi tuo, kad viename etape jie apima ne pačius atomus, o jų derinius.

Fiziniai metodai:

1 būdas. Dulogo ir Petito dėsnis

1819 metais Dulongas kartu su A.T. Petit, nustatė kietųjų kūnų šiluminės talpos dėsnį, pagal kurį paprastų kietųjų kūnų savitosios šiluminės talpos ir sudedamųjų elementų santykinės atominės masės sandauga yra maždaug pastovi reikšmė (šiuolaikiniais matavimo vienetais lygi apytiksliai Сv·Аr = 25,12 J/(g.K)); Šiais laikais šie santykiai vadinami „Dulong-Petit įstatymu“. Ilgą laiką amžininkų nepastebėtas savitosios šiluminės talpos dėsnis vėliau buvo pagrindas apytiksliui sunkiųjų elementų atominių masių įvertinimui. Iš Dulongo ir Petito dėsnio išplaukia, kad 25,12 padalijus iš paprastos medžiagos savitosios šiluminės talpos, kuri lengvai nustatoma eksperimentiniu būdu, galima rasti apytikslę tam tikro elemento santykinės atominės masės reikšmę. Ir žinodami santykinę elemento atominę masę, galite nustatyti medžiagos molinę masę.

М=Мr·10̵ ³ kg/mol

Pradiniame fizikos ir chemijos raidos etape elemento savitoji šiluminė talpa buvo lengviau nustatoma nei daugelis kitų parametrų, todėl pagal šį dėsnį buvo nustatytos apytikslės SANTYKINĖS ATOMINĖS MASĖS reikšmės.

Reiškia, Ar=25,12/s

c – medžiagos savitoji šiluminė talpa

Norėdami nustatyti kietosios medžiagos savitąją šiluminę talpą, atliekame šį eksperimentą:

1. 1. 1. Supilkime karštą vandenį į kalorimetrą ir nustatykime jo masę bei pradinę temperatūrą.

         Nustatykime kieto kūno, pagaminto iš nežinomos medžiagos, masę, kurios santykinę atominę masę turime nustatyti. Taip pat nustatysime jo pradinę temperatūrą (pradinė temperatūra lygi kambario oro temperatūrai, nes kūnas šioje patalpoje buvo ilgą laiką).

         Nuleiskime kietą kūną į kalorimetrą su karštu vandeniu ir nustatome kalorimere nustatytą temperatūrą.

         Atlikę reikiamus skaičiavimus, nustatome kietosios medžiagos savitąją šiluminę talpą.

Q1=c1m1(t-t1), kur Q1 yra šilumos kiekis, kurį vanduo išskiria dėl šilumos mainų, c1 yra savitoji vandens šiluminė talpa (lentelės reikšmė), m1 yra vandens masė, t yra galutinė temperatūra, t 1 yra pradinė vandens temperatūra, Q2=c2m2(t-t2), kur Q2 – šilumos kiekis, kurį kietas kūnas gauna dėl šilumos mainų, c2 – medžiagos savitoji šiluminė talpa (turi būti nustatyta), m2 – medžiagos masė, t 2 – pradinė temperatūra tiriamo kūno, nes Šilumos balanso lygtis yra tokia: Q1 + Q2 = 0 ,

Tada c2 = c1m1(t-t1) /(- m2(t-t2))

Vidutinė vertė santykinė atominė masė medžiagos pasirodė

Ar = 26,5 amu

Vadinasi, molinė masė a yra lygus M = 0,0265 kg/mol.

Tvirtas korpusas – aliuminio strypas

2 metodas. Apskaičiuokime molinę oro masę.

Naudodamiesi sistemos pusiausvyros sąlyga, taip pat galite apskaičiuoti medžiagos, pavyzdžiui, dujų, pavyzdžiui, oro, molinę masę.

Fa = Fstrand(Archimedo jėga, veikianti balioną, yra subalansuota suminės gravitacijos jėgos, veikiančios baliono apvalkalą, balione esančios dujos ir nuo baliono kabantį krovinį.). Žinoma, turint omenyje, kad kamuolys yra pakibęs ore (nepakyla ir nenukrenta).

Fa- Archimedo jėga, veikianti rutulį ore

Fa =ρвg Vш

ρв - oro tankis

F1- gravitacijos jėga, veikianti rutulio apvalkalą ir rutulio viduje esančias dujas (helį).

F1=mob g + mgel g

F2- apkrovą veikianti sunkio jėga

F2 = mg g

Gauname formulę: ρвg Vш= mob g + mgel g + mg g (1)

Oro molinei masei apskaičiuoti naudokite Mendelejevo-Klapeirono formulę:

Išreikškime molinę oro masę:

(3) lygtyje vietoj oro tankio pakeičiame (2) lygtį. Taigi, mes turime formulę oro molinei masei apskaičiuoti:

Todėl, norėdami rasti oro molinę masę, turite išmatuoti:

1) krovinio svoris

2) helio masė

3) lukšto masė

4) oro temperatūra

5) oro slėgis (atmosferos slėgis)

6) rutulio tūris

R- universali dujų konstanta, R = 8,31 J/(mol K)

Barometras rodė atmosferos slėgį

lygus ra = 96000Pa

Kambario temperatūra:

T=23 +273=297K

Apkrovos masę ir rutulio korpuso masę nustatėme elektroninėmis svarstyklėmis:

mgr = 8,02g

rutulio apvalkalo masė:

mob = 3,15g

Rutulio tūrį nustatėme dviem būdais:

a) mūsų rutulys pasirodė apvalus. Keliose vietose išmatavę rutulio perimetrą, nustatėme rutulio spindulį. Ir tada jo tūris: V=4/3·πR³

L = 2πR, Lav = 85,8 cm = 0,858 m, todėl R = 0,137 m

Vsh = 0,0107 m³

b) į kibirą įpylė vandens iki pat krašto, uždėjus padėkliuką vandeniui nutekėti. Balioną visiškai nuleidome į vandenį, dalį vandens supilame į vonią po kibiru, matuojant iš kibiro išpilto vandens tūrį, nustatėme baliono tūrį: Vvanduo = Vsh = 0,011 m³

(Nuotraukoje esantis rutulys buvo arčiau fotoaparato, todėl atrodo didesnis)

Taigi, norėdami apskaičiuoti, paėmėme vidutinę rutulio tūrio vertę:

Vsh = 0,0109 m³

Helio masę nustatome naudodami Mendelejevo-Klapeirono lygtį, atsižvelgdami į tai, kad helio temperatūra yra lygi oro temperatūrai, o helio slėgis rutulio viduje yra lygus atmosferos slėgiui.

Molinė helio masė 0,004 kg/mol:

mgel = 0,00169 kg

Pakeitę visus matavimo rezultatus į (4) formulę, gauname oro molinės masės vertę:

M = 0,030 kg/mol

(lentelės molinės masės vertė

oras 0,029 kg/mol)

Išvada: Mokyklos laboratorijoje fizikiniais metodais galite nustatyti cheminio elemento santykinę atominę masę ir medžiagos molinę masę. Atlikęs šį darbą daug sužinojau, kaip nustatyti santykinę atominę masę. Žinoma, daugelis metodų nėra prieinami mokyklos laboratorijai, tačiau, nepaisant to, net naudojant elementarią įrangą, man pavyko eksperimentiškai nustatyti cheminio elemento santykinę atominę masę ir medžiagos molinę masę naudojant fizikinius metodus. Vadinasi, šiame darbe užsibrėžtą tikslą ir uždavinius įgyvendinau.

Naudotos literatūros sąrašas

alhimik.ru

alhimikov.net

https://ru.wikipedia.org/wiki/Molar_mass

G. I. Deryabina, G. V. Kantaria. 2.2.Molis, molinė masė. Organinė chemija: internetinis vadovėlis.

http://kf.info.urfu.ru/glavnaja/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Molar_mass h

Praktinėje ir teorinėje chemijoje egzistuoja dvi sąvokos, kurios turi praktinę reikšmę: molekulinė (ji dažnai pakeičiama molekulinės masės sąvoka, kuri nėra teisinga) ir molinė masė. Abu šie kiekiai priklauso nuo paprastos ar sudėtingos medžiagos sudėties.

Kaip nustatyti ar molekulinis? Abu šie fiziniai dydžiai negali būti (arba beveik negali būti) rasti tiesioginiu matavimu, pavyzdžiui, sveriant medžiagą ant svarstyklių. Jie apskaičiuojami pagal junginio cheminę formulę ir visų elementų atomines mases. Šie dydžiai yra lygūs, tačiau skiriasi matmenimis. išreikštas atominės masės vienetais, kurie yra sutartinis dydis ir yra žymimi a. e.m., taip pat kitas pavadinimas - „dalton“. Molinės masės vienetai išreiškiami g/mol.

Paprastų medžiagų, kurių molekulės susideda iš vieno atomo, molekulinės masės yra lygios jų atominėms masėms, nurodytoms Mendelejevo periodinėje lentelėje. Pavyzdžiui, už:

• natris (Na) - 22,99 a. valgyti.;
• geležis (Fe) - 55,85 a. valgyti.;
• siera (S) - 32,064 a. valgyti.;
• argonas (Ar) - 39,948 a. valgyti.;
• kalis (K) - 39,102 a. valgyti.

Taip pat paprastų medžiagų, kurių molekulės susideda iš kelių cheminio elemento atomų, molekulinės masės apskaičiuojamos kaip elemento atominės masės sandauga pagal atomų skaičių molekulėje. Pavyzdžiui:

• deguonis (O2) - 16. 2 = 32 a. valgyti.;
• azotas (N2) - 14,2 = 28 a. valgyti.;
• chloras (Cl2) - 35. 2 = 70 a. valgyti.;
• ozonas (O3) - 16. 3 = 48 a. valgyti.

Molekulinės masės apskaičiuojamos sudedant kiekvieno molekulėje esančio elemento atominės masės sandaugą ir atomų skaičių. Pavyzdžiui, už:

• (HCl) - 2 + 35 = 37 a. valgyti.;
• (CO) – 12 + 16 = 28 a. valgyti.;
• anglies dioksidas (CO2) - 12 + 16. 2 = 44 a. valgyti.

Bet kaip rasti medžiagų molinę masę?

Tai padaryti nėra sunku, nes tai yra tam tikros medžiagos kiekio vieneto masė, išreikšta moliais. Tai yra, jei apskaičiuota kiekvienos medžiagos molekulinė masė padauginama iš pastovios vertės, lygios 1 g / mol, tada bus gauta jos molinė masė. Pavyzdžiui, kaip rasti molinę masę (CO2)? Iš to seka (12 + 16,2).1 g/mol = 44 g/mol, tai yra MCO2 = 44 g/mol. Paprastoms medžiagoms, molekulėms, kuriose yra tik vienas elemento atomas, šis indikatorius, išreikštas g/mol, skaičiais sutampa su elemento atomine mase. Pavyzdžiui, sieros MS = 32,064 g/mol. Kaip rasti paprastos medžiagos, kurios molekulė susideda iš kelių atomų, molinę masę galima nagrinėti naudojant deguonies pavyzdį: MO2 = 16. 2 = 32 g/mol.

Čia pateikti konkrečių paprastų arba sudėtingų medžiagų pavyzdžiai. Bet ar įmanoma ir kaip rasti produkto, susidedančio iš kelių komponentų, molinę masę? Kaip ir molekulinė masė, daugiakomponentinio mišinio molinė masė yra priedinis dydis. Tai yra komponento molinės masės ir jo dalies mišinyje sandaugų suma: M = ∑Mi. Xi, tai yra, galima apskaičiuoti ir vidutinę molekulinę, ir vidutinę molinę masę.

Remiantis oro, kuriame yra apie 75,5% azoto, 23,15% deguonies, 1,29% argono ir 0,046% anglies dioksido, pavyzdžiu (likusios priemaišos, kurių yra mažesniais kiekiais, gali būti nepaisoma): Mair = 28. 0,755 + 32. 0,2315 + 40 . 0,129 + 44 . 0,00046 = 29,08424 g/mol ≈ 29 g/mol.

Kaip rasti medžiagos molinę masę, jei periodinėje lentelėje nurodytos atominės masės nustatymo tikslumas skiriasi? Vieniems elementams jis nurodomas dešimtųjų, kitiems šimtųjų, kitiems - tūkstantųjų, o tokiems elementams kaip radonas - iki sveikų, mangano - iki dešimtųjų tūkstantųjų tikslumu.

Skaičiuojant molinę masę, nėra prasmės atlikti skaičiavimus didesniu nei iki dešimtųjų tikslumu, nes jie yra praktiški, kai dėl pačių cheminių medžiagų ar reagentų grynumo bus didelė klaida. Visi šie skaičiavimai yra apytiksliai. Tačiau ten, kur chemikai reikalauja didesnio tikslumo, tam tikromis procedūromis atliekamos atitinkamos pataisos: nustatomas tirpalo titras, kalibruojama naudojant standartinius mėginius ir kt.