Pratik ve teorik kimyada vardır ve vardır pratik önemi Moleküler (genellikle doğru olmayan moleküler ağırlık kavramı ile değiştirilir) ve molar kütle gibi iki kavram. Bu miktarların her ikisi de basit veya karmaşık bir maddenin bileşimine bağlıdır.
Nasıl belirlenir veya moleküler? Bunların ikisi de fiziksel büyüklükler doğrudan ölçümle, örneğin bir maddenin bir terazide tartılmasıyla bulunamaz (veya neredeyse bulunamaz). Bunlara göre hesaplanır kimyasal formül bağlantılar ve atom kütleleri tüm unsurlar. Bu nicelikler sayısal olarak eşittir ancak boyutları farklıdır. atomik kütle birimleriyle ifade edilir; geleneksel değer, a atamasına sahip. e.m. ve başka bir isim - “dalton”. Molar kütle birimleri g/mol cinsinden ifade edilir.
Molekülleri bir atomdan oluşan basit maddelerin moleküler kütleleri, atomik kütlelerine eşittir; periyodik tablo Mendeleev. Örneğin:
- sodyum (Na) - 22,99 a. e.m.;
- demir (Fe) - 55,85 a. e.m.;
- kükürt (S) - 32.064 a. e.m.;
- argon (Ar) - 39,948 a. e.m.;
- potasyum (K) - 39.102 a. sabah
Ayrıca molekülleri birkaç atomdan oluşan basit maddelerin molekül ağırlıkları kimyasal element, elementin atom kütlesinin moleküldeki atom sayısına göre çarpımı olarak hesaplanır. Örneğin:
- oksijen (O2) - 16. 2 = 32 a. e.m.;
- nitrojen (N2) - 14,2 = 28 a. e.m.;
- klor (Cl2) - 35. 2 = 70 a. e.m.;
- ozon (O3) - 16. 3 = 48 a. sabah
Moleküler kütleler, molekülde bulunan her bir element için atom kütlesinin ve atom sayısının çarpımının toplanmasıyla hesaplanır. Örneğin:
- (HCl) - 2 + 35 = 37 a. e.m.;
- (CO) - 12 + 16 = 28 a. e.m.;
- karbondioksit (CO2) - 12 + 16. 2 = 44a. sabah
Peki maddelerin molar kütlesi nasıl bulunur?
Bunu yapmak zor değil çünkü bu, belirli bir maddenin birim miktarının mol cinsinden ifade edilen kütlesidir. Yani, her bir maddenin hesaplanan moleküler ağırlığı aşağıdakilerle çarpılırsa: sabit değer 1 g/mol'e eşitse molar kütlesi elde edilecektir. Örneğin molar kütleyi (CO2) nasıl buluyorsunuz? (12 + 16.2).1 g/mol = 44 g/mol, yani MCO2 = 44 g/mol olur. Basit maddeler için, elementin yalnızca bir atomunu içeren moleküller için, g/mol cinsinden ifade edilen bu gösterge, elementin atom kütlesine sayısal olarak karşılık gelir. Örneğin kükürt için MS = 32,064 g/mol. Molar kütle nasıl bulunur basit madde Molekülünün birkaç atomdan oluştuğu oksijen örnek olarak ele alınabilir: MO2 = 16. 2 = 32 g/mol.
Burada belirli basit veya karmaşık maddeler için örnekler verilmiştir. Ancak birkaç bileşenden oluşan bir ürünün molar kütlesini bulmak mümkün mü ve nasıl? Moleküler kütle gibi, çok bileşenli bir karışımın molar kütlesi de ilave bir miktardır. Bileşenin molar kütlesinin çarpımları ile karışımdaki payının toplamıdır: M = ∑Mi. Xi, yani hem ortalama moleküler hem de ortalama molar kütle hesaplanabilir.
Yaklaşık %75,5 nitrojen, %23,15 oksijen, %1,29 argon ve %0,046 karbondioksit içeren hava örneğini kullanırsak (daha küçük miktarlarda bulunan geri kalan safsızlıklar ihmal edilebilir): Mair = 28. 0,755 + 32. 0,2315 + 40 . 0,129 + 44 . 0,00046 = 29,08424 g/mol ≈ 29 g/mol.
Periyodik tabloda belirtilen atom kütlelerinin belirlenmesinin doğruluğu farklıysa, bir maddenin molar kütlesi nasıl bulunur? Bazı elementler için onda bir doğrulukla, diğerleri için yüzde bir doğrulukla, diğerleri için binde bir doğrulukla ve radon gibi elementler için - tam olanlara, manganez için on binde bir doğrulukla belirtilir.
Molar kütleyi hesaplarken, hesaplamaları onda birinden daha doğru bir şekilde yapmak mantıklı değildir, çünkü bunlar pratik uygulama ne zaman kendimizin saflığı kimyasallar veya reaktifler büyük bir hataya neden olur. Bütün bu hesaplamalar yaklaşık değerlerdir. Ancak kimyagerlerin daha fazla doğruluğa ihtiyaç duyduğu durumlarda, belirli prosedürler kullanılarak uygun düzeltmeler yapılır: çözeltinin titresi belirlenir, standart numuneler kullanılarak kalibrasyonlar yapılır, vb.
Herhangi bir madde belirli bir yapıya sahip parçacıklardan (moleküller veya atomlar) oluşur. Molar kütle basit bağlantı şu şekilde hesaplanır: periyodik tablo elementler D.I. Mendeleev. Karmaşık bir madde için bu parametreyi bulmanız gerekiyorsa, hesaplama uzun olur ve bu durumda Bu rakam bir referans kitabında veya kimyasal katalogda, özellikle de Sigma-Aldrich'te aranmaktadır.
Molar kütle kavramı
Molar kütle (M), bir maddenin bir molünün ağırlığıdır. Her atom için bu parametre, elementlerin periyodik tablosunda doğrudan adının altında bulunur. Bileşiklerin kütlesi hesaplanırken, rakam genellikle en yakın tama veya onda birine yuvarlanır. Nereden geldiğine dair nihai bir anlayış için verilen değer, “köstebek” kavramını anlamalısınız. Bu, 12 g kararlı karbon izotopuna (12 C) eşit olan ikincisinin parçacık sayısını içeren bir maddenin miktarıdır. Maddelerin atomları ve molekülleri geniş bir aralıkta boyut olarak değişir, mol içindeki sayıları sabittir, ancak kütle ve buna bağlı olarak hacim artar.
“Molar kütle” kavramı Avogadro sayısıyla (6,02 x 10 23 mol -1) yakından ilişkilidir. Bu sayı şu anlama gelir: sabit miktar 1 mol içindeki bir maddenin birimleri (atomlar, moleküller).
Molar Kütlenin Kimya Açısından Önemi
Kimyasallar girer çeşitli reaksiyonlar kendi aralarında. Genellikle herhangi bir denklemde kimyasal etkileşim kaç molekül veya atomun kullanıldığını gösterir. Bu tür tanımlamalara stokiyometrik katsayılar denir. Genellikle formülden önce belirtilirler. Bu nedenle reaksiyonların niceliksel özellikleri madde miktarına ve molar kütleye bağlıdır. Atomların ve moleküllerin birbirleriyle etkileşimini açıkça yansıtırlar.
Molar kütlenin hesaplanması
Herhangi bir maddenin veya bileşen karışımının atomik bileşimi bilinen yapı Elementlerin periyodik tablosunda bulunabilir. İnorganik bileşikler kural olarak brüt formül olarak yazılır, yani yapı belirtilmeden, yalnızca moleküldeki atom sayısı. Molar kütlenin hesaplanmasında organik maddeler de aynı şekilde belirlenir. Örneğin benzen (C6H6).
Molar kütle nasıl hesaplanır? Formül, moleküldeki atomların türünü ve sayısını içerir. Tabloya göre D.I. Mendeleev'in elementlerin molar kütleleri kontrol edilir ve her rakam formüldeki atom sayısıyla çarpılır.
Molekül ağırlığına ve atom tipine göre moleküldeki sayısını hesaplayabilir ve bileşik için bir formül oluşturabilirsiniz.
Elementlerin molar kütlesi
Genellikle reaksiyonları gerçekleştirmek için hesaplamalar analitik kimya, katsayıların denklemlere yerleştirilmesi, elementlerin moleküler kütlesinin bilinmesini gerektirir. Molekül bir atom içeriyorsa bu değer maddeninkine eşit olacaktır. İki veya daha fazla element mevcutsa molar kütle sayılarıyla çarpılır.
Konsantrasyon hesaplanırken molar kütlenin değeri
Bu parametre, maddelerin konsantrasyonlarını ifade etmeye yönelik hemen hemen tüm yöntemleri yeniden hesaplamak için kullanılır. Örneğin, karar verirken sıklıkla durumlar ortaya çıkar. kütle kesriçözeltideki madde miktarına bağlıdır. Son parametre mol/litre ölçü birimiyle ifade edilir. Belirlemek için gerekli ağırlık madde miktarı molar kütle ile çarpılır. Ortaya çıkan değer 10 kat azalır.
Molar kütle bir maddenin normalliğini hesaplamak için kullanılır. Bu parametre analitik kimyada gerektiğinde titrasyon ve gravimetrik analiz yöntemlerinin gerçekleştirilmesinde kullanılır. doğru uygulama reaksiyonlar.
Molar kütle ölçümü
Birinci tarihi deneyim Hidrojene göre gazların yoğunluğunun ölçülmesinden oluşuyordu. Koligatif özelliklerle ilgili daha ileri çalışmalar yapıldı. Bunlar arasında örneğin şunlar yer alır: ozmotik basınç bir çözelti ile saf bir çözücü arasındaki kaynama veya donma farkının belirlenmesi. Bu parametreler sistemdeki madde parçacıklarının sayısıyla doğrudan ilişkilidir.
Bazen molar kütle ölçümü, bileşimi bilinmeyen bir madde üzerinde gerçekleştirilir. Daha önce izotermal damıtma gibi bir yöntem kullanılıyordu. Bunun özü, bir maddenin çözeltisini bir odaya yerleştirmektir. buharlıçözücü. Bu koşullar altında buhar yoğuşması meydana gelir ve karışımın sıcaklığı yükselir, dengeye ulaşır ve düşmeye başlar. Açığa çıkan buharlaşma ısısı, çözeltinin ısıtma ve soğutma hızlarındaki değişiklikle hesaplanır.
Ana modern yöntem Molar kütlenin ölçümü kütle spektrometrisidir. Bu, madde karışımlarını tanımlamanın ana yoludur. Modern cihazları kullanma bu süreç otomatik olarak gerçekleştiğinde, yalnızca başlangıçta numunedeki bileşiklerin ayrılması için koşulları seçmeniz gerekir. Kütle spektrometresi yöntemi bir maddenin iyonlaşmasına dayanır. Sonuç olarak bileşiğin çeşitli yüklü parçaları oluşur. Kütle spektrumu, kütlenin iyonların yüküne oranını gösterir.
Gazlar için molar kütlenin belirlenmesi
Herhangi bir gaz veya buharın molar kütlesi basitçe ölçülür. Kontrolü kullanmak yeterlidir. Aynı hacim gaz halindeki madde miktarı aynı sıcaklıktaki başka bir maddeye eşittir. Bilinen bir şekilde Buhar hacminin ölçülmesi, yer değiştiren hava miktarının belirlenmesidir. Bu işlem, ölçüm cihazına giden bir yan dal kullanılarak gerçekleştirilir.
Molar kütlenin pratik kullanımları
Bu nedenle molar kütle kavramı kimyanın her yerinde kullanılır. Süreci tanımlamak, polimer kompleksleri ve diğer reaksiyonları oluşturmak için bu parametrenin hesaplanması gerekir. Önemli bir nokta konsantrasyonun belirlenmesi aktif madde farmasötik bir maddede. Örneğin hücre kültürleri araştırma yapmak için kullanılır. fizyolojik özellikler yeni bağlantı. Ayrıca biyokimyasal çalışmalar yapılırken molar kütle önemlidir. Örneğin, bir elementin metabolik süreçlere katılımını incelerken. Artık pek çok enzimin yapısı bilindiğinden, esas olarak kilodalton (kDa) cinsinden ölçülen moleküler ağırlıklarını hesaplamak mümkündür. Günümüzde başta hemoglobin olmak üzere insan kanının hemen hemen tüm bileşenlerinin moleküler ağırlıkları bilinmektedir. Bir maddenin moleküler ve molar kütlesi belirli durumlar eşanlamlıdır. Farklılıkları, son parametrenin atomun tüm izotoplarının ortalaması olması gerçeğinde yatmaktadır.
Herhangi bir mikrobiyolojik deney kesin tanım Bir maddenin enzim sistemi üzerindeki etkisi kullanılarak gerçekleştirilir. molar konsantrasyonlar. Örneğin biyokatalizde ve enzimatik aktivite çalışmasının gerekli olduğu diğer alanlarda indükleyiciler ve inhibitörler gibi kavramlar kullanılır. Enzim aktivitesini biyokimyasal düzeyde düzenlemek için molar kütleleri kullanan araştırmalar gereklidir. Bu parametre fizik, kimya, biyokimya ve biyoteknoloji gibi doğa ve mühendislik bilimleri alanlarında sağlam bir şekilde yerleşmiştir. Bu şekilde karakterize edilen süreçler, mekanizmalar ve bunların parametrelerinin belirlenmesi açısından daha anlaşılır hale gelir. Geçiş temel bilim Uygulamalar, fizyolojik çözeltilerden, tampon sistemlerinden başlayıp vücut için farmasötik madde dozajlarının belirlenmesiyle biten bir molar kütle göstergesi olmadan yapılamaz.
Atomlar ve moleküller maddenin en küçük parçacıklarıdır, dolayısıyla ölçüm birimi olarak atomlardan birinin kütlesini seçebilir ve diğer atomların kütlelerini seçilen atoma göre ifade edebilirsiniz. Peki molar kütle nedir ve boyutu nedir?
Molar kütle nedir?
Atom kütleleri teorisinin kurucusu, atom kütleleri tablosunu derleyen ve hidrojen atomunun kütlesini bir olarak alan bilim adamı Dalton'du.
Molar kütle, bir maddenin bir molünün kütlesidir. Bir mol, belirli bir miktar içeren bir maddenin miktarıdır. küçük parçacıklar kimler katılır kimyasal süreçler. Bir molün içerdiği molekül sayısına Avogadro sayısı denir. Bu değer sabittir ve değişmez.
Pirinç. 1. Avogadro sayısının formülü.
Dolayısıyla bir maddenin molar kütlesi, 6,02*10^23 temel parçacık içeren bir molün kütlesidir.
Avogadro sayısı adını, eşit hacimdeki gazlardaki molekül sayısının her zaman aynı olduğunu kanıtlayan İtalyan bilim adamı Amedeo Avagadro'nun onuruna almıştır.
Molar kütle Uluslararası sistem SI kg/mol cinsinden ölçülür, ancak bu değer genellikle gram/mol cinsinden ifade edilir. Bu değer belirlenmiş İngilizce mektup M ve molar kütle formülü aşağıdaki gibidir:
burada m maddenin kütlesidir ve v maddenin miktarıdır.
Pirinç. 2. Molar kütlenin hesaplanması.
Bir maddenin molar kütlesi nasıl bulunur?
D.I. Mendeleev'in tablosu belirli bir maddenin molar kütlesini hesaplamanıza yardımcı olacaktır. Herhangi bir maddeyi ele alalım, örneğin sülfürik asit. Formülü şu şekildedir: H2SO4. Şimdi tabloya dönelim ve asitte yer alan elementlerin her birinin atom kütlesinin ne olduğunu görelim. Sülfürik asitüç elementten oluşur - hidrojen, kükürt, oksijen. Bu elementlerin atom kütlesi sırasıyla 1, 32, 16'dır.
Toplam moleküler kütlenin 98 atomik kütle birimine (1*2+32+16*4) eşit olduğu ortaya çıktı. Böylece bir mol sülfürik asidin 98 gram ağırlığında olduğunu öğrendik.
Bir maddenin molar kütlesi, eğer maddenin yapısal birimleri molekül ise, sayısal olarak bağıl molekül kütlesine eşittir. Bir maddenin molar kütlesi, eğer maddenin yapısal birimleri atom ise, bağıl atom kütlesine de eşit olabilir.
1961 yılına kadar atomik kütle birimi olarak bir oksijen atomu alınıyordu, ancak bütün bir atom değil, 1/16'sı. Aynı zamanda kimyasal ve fiziksel birimler kitleler aynı değildi. Kimyasal, fizikselden %0,03 daha fazlaydı.
Şu anda fizik ve kimyada birleşik bir ölçüm sistemi benimsenmiştir. Standart olarak e.a.m. Bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si seçilir.
Pirinç. 3. Karbonun atom kütlesi biriminin formülü.
Herhangi bir gaz veya buharın molar kütlesinin ölçülmesi çok kolaydır. Kontrolü kullanmak yeterlidir. Gaz halindeki bir maddenin aynı hacmi, aynı sıcaklıktaki bir başka maddenin miktarına eşittir. Buhar hacmini ölçmenin iyi bilinen bir yolu, yer değiştiren hava miktarını belirlemektir. Bu işlem, ölçüm cihazına giden bir yan dal kullanılarak gerçekleştirilir.
Molar kütle kavramı kimya için çok önemlidir. Hesaplanması, polimer komplekslerinin ve diğer birçok reaksiyonun oluşturulması için gereklidir. Farmasötiklerde belirli bir maddenin bir madde içindeki konsantrasyonu molar kütle kullanılarak belirlenir. Ayrıca biyokimyasal araştırma (bir elementteki metabolik süreç) yürütülürken molar kütle önemlidir.
Günümüzde bilimin gelişmesi sayesinde hemoglobin de dahil olmak üzere kanın hemen hemen tüm bileşenlerinin moleküler kütleleri bilinmektedir.
Moleküler fizik, bireysel moleküllerin davranışlarına dayanarak cisimlerin özelliklerini inceler. Tüm görünür süreçler en küçük parçacıkların etkileşimi düzeyinde meydana gelir; çıplak gözle gördüklerimiz yalnızca bu ince derin bağlantıların bir sonucudur.
Temel Kavramlar
Moleküler fizik bazen termodinamiğin teorik tamamlayıcısı olarak görülür. Çok daha önceleri ortaya çıkan termodinamik, ısının işe dönüşümüyle ilgiliydi. pratik amaçlar. O üretmedi teorik gerekçe, yalnızca deneylerin sonuçlarını açıklar. Moleküler fiziğin temel kavramları daha sonra, 19. yüzyılda ortaya çıktı.
Bedenlerin etkileşimini inceliyor moleküler seviye, rehberliğinde istatistiksel yöntem Minimal parçacıkların - moleküllerin kaotik hareketlerindeki kalıpları belirleyen. Moleküler fizik ve termodinamik birbirini tamamlar. süreçleri dikkate alarak farklı noktalar görüş. Aynı zamanda termodinamik, yalnızca makroskobik cisimlerle ilgilenen atomik süreçlerle ilgilenmez; moleküler fizik aksine, herhangi bir süreci tam olarak bireylerin etkileşimi açısından ele alır. yapısal birimler.
Tüm kavramların ve süreçlerin kendi tanımları vardır ve belirli parametrelerin birbirleriyle etkileşimlerini ve bağımlılıklarını en açık şekilde temsil eden özel formüllerle tanımlanır. Süreçler ve olgular tezahürlerinde kesişir, farklı formüller Aynı miktarları içerebilir ve farklı şekillerde ifade edilebilir.
Madde miktarı
Bir maddenin miktarı (kütle) ile kütlenin içerdiği molekül sayısı arasındaki ilişkiyi belirler. Gerçek şu ki, aynı kütleye sahip farklı maddeler farklı numara minimum parçacıklar Moleküler düzeyde gerçekleşen süreçler ancak etkileşimlere katılan atomik birimlerin sayısı tam olarak dikkate alınarak anlaşılabilir. Madde miktarının ölçü birimi, SI sisteminde kabul edilen, - mol.
Dikkat! Bir mol her zaman aynı sayıda minimal parçacık içerir. Bu sayıya Avogadro sayısı (veya sabiti) denir ve 6,02x1023'e eşittir.
Bu sabit, hesaplamaların belirli bir maddenin mikroskobik yapısının dikkate alınmasını gerektirdiği durumlarda kullanılır. Molekül sayısıyla uğraşmak zordur çünkü çalışmanız gerekir. büyük sayılar bu nedenle mol kullanılır - birim kütle başına parçacık sayısını belirleyen bir sayı.
Bir maddenin miktarını belirleyen formül:
Madde miktarı şu şekilde hesaplanır: farklı durumlar, birçok formülde kullanılır ve önemli moleküler fizikte.
Gaz basıncı
Gaz basıncı sadece teorik değil aynı zamanda pratik öneme sahip önemli bir miktardır. Daha iyi anlaşılması için gerekli açıklamalarla birlikte moleküler fizikte kullanılan gaz basıncı formülüne bakalım.
Formülü derlemek için bazı basitleştirmeler yapmanız gerekecek. Moleküller karmaşık sistemler çok aşamalı bir yapıya sahiptir. Basitlik açısından, belirli bir kaptaki gaz parçacıklarını birbirleriyle etkileşime girmeyen elastik homojen toplar (ideal gaz) olarak kabul ediyoruz.
Minimal parçacıkların hareket hızı da aynı kabul edilecektir. Gerçek konumu büyük ölçüde değiştirmeyen bu tür basitleştirmeler ekleyerek aşağıdaki tanımı elde edebiliriz: Gaz basıncı, gaz moleküllerinin damarların duvarlarına çarpmasıyla uygulanan kuvvettir.
Aynı zamanda mekanın üç boyutluluğu ve her boyutta iki yönün varlığı dikkate alınarak duvarlara etki eden yapısal birimlerin sayısını 1/6 ile sınırlamak mümkündür.
Böylece tüm bu koşulları ve varsayımları bir araya getirerek şu sonucu çıkarabiliriz: İdeal koşullar altında gaz basıncı formülü.
Formül şuna benziyor:
burada P gaz basıncıdır;
n moleküllerin konsantrasyonudur;
K- Boltzmann sabiti(1,38×10-23);
Ek - gaz molekülleri.
Formülün başka bir versiyonu daha var:
P = nkT,
burada n moleküllerin konsantrasyonudur;
T - mutlak sıcaklık.
Gaz hacmi formülü
Bir gazın hacmi kapladığı alandır verilen miktar Belirli koşullar altında gaz. Farklı katılar Pratik olarak çevre koşullarından bağımsız olarak sabit bir hacme sahip olan, Gazın hacmi basınca bağlı olarak değişebilir veya sıcaklık.
Gaz hacminin formülü Mendeleev-Clapeyron denklemidir ve şuna benzer:
PV = nRT
burada P gaz basıncıdır;
V - gazın hacmi;
n, gazın mol sayısıdır;
R - evrensel gaz sabiti;
T gaz sıcaklığıdır.
Basit yeniden düzenlemelerle gaz hacmi formülünü elde ederiz:
Önemli! Avogadro yasasına göre, tam olarak aynı koşullara (basınç, sıcaklık) yerleştirilen herhangi bir gazın eşit hacimleri her zaman eşit sayıda minimal parçacık içerecektir.
Kristalleşme
Kristalleşme faz geçişi sıvı haldeki maddeler katı hal, yani süreç erimenin tersidir. Kristalleşme süreci ısının açığa çıkmasıyla gerçekleşir, maddeden uzaklaştırılması gereken. Sıcaklık erime noktasıyla çakışır, tüm süreç aşağıdaki formülle açıklanır:
Q = λm,
burada Q, ısı miktarıdır;
λ - füzyon ısısı;
Bu formül hem kristalleşmeyi hem de erimeyi açıklar çünkü bunlar aslında aynı sürecin iki tarafıdır. Bir maddenin kristalleşebilmesi için; erime noktasına kadar soğutulması gerekir ve ardından ısı miktarını kaldırın, ürüne eşit başına kütle özgül ısı erime (λ). Kristalleşme sırasında sıcaklık değişmez.
Bu terimi anlamanın başka bir yolu daha var - aşırı doymuş çözeltilerden kristalleşme. Bu durumda geçişin nedeni yalnızca belirli bir sıcaklığın elde edilmesi değil aynı zamanda çözeltinin doygunluk derecesidir. belli bir madde. Belirli bir aşamada çözünen parçacıkların sayısı çok fazla olur ve bu da küçük tek kristallerin oluşmasına neden olur. Çözeltiden molekülleri bağlayarak katman katman büyüme sağlarlar. Büyüme koşullarına bağlı olarak kristaller farklı şekillere sahiptir.
Molekül sayısı
Bir maddenin belirli bir kütlesinde bulunan parçacık sayısını belirlemenin en kolay yolu aşağıdaki formülü kullanmaktır:
Buradan molekül sayısının eşit olduğu sonucu çıkar:
Yani öncelikle belirli bir kütle başına madde miktarının belirlenmesi gerekir. Daha sonra Avogadro sayısıyla çarpılarak yapısal birimlerin sayısı elde edilir. Bileşikler için hesaplamalar, bileşenlerin atom ağırlıkları toplanarak yapılır. Basit bir örneğe bakalım:
3 gramdaki su moleküllerinin sayısını belirleyelim. Formül (H2O) iki atom ve bir atom içerir. Minimum su parçacığının toplam atom ağırlığı: 1+1+16 = 18 g/mol olacaktır.
3 gram sudaki madde miktarı:
Molekül sayısı:
1/6 × 6 × 1023 = 1023.
Molekül kütle formülü
Bir mol her zaman aynı sayıda minimal parçacık içerir. Bu nedenle, bir molün kütlesini bildiğimizde, onu molekül sayısına (Avogadro sayısı) bölerek sistem biriminin kütlesini elde edebiliriz.
Bu formülün yalnızca inorganik moleküller için geçerli olduğuna dikkat edilmelidir. Boyutlar organik moleküllerçok daha fazlası boyutları veya ağırlıkları tamamen farklı anlamlara sahiptir.
Gazın molar kütlesi
Molar kütle Bir maddenin bir molünün kilogram cinsinden kütlesi. Bir mol aynı sayıda yapısal birim içerdiğinden molar kütle formülü şöyle görünür:
M = κ × Bay
burada k orantılılık katsayısıdır;
Mr, maddenin atom kütlesidir.
Bir gazın molar kütlesi Mendeleev-Clapeyron denklemi kullanılarak hesaplanabilir:
pV = mRT / M,
bundan şunu çıkarabiliriz:
M = mRT / pV
Böylece, bir gazın molar kütlesi, gazın kütlesi ve sıcaklığının çarpımı ve evrensel gaz sabiti ile doğru orantılıdır ve gaz basıncı ve hacminin çarpımı ile ters orantılıdır.
Dikkat! Bir element olarak bir gazın molar kütlesinin bir madde olarak gazdan farklı olabileceği dikkate alınmalıdır; örneğin oksijen (O) elementinin molar kütlesi 16 g/mol ve oksijenin kütlesi şu şekildedir: bir madde (O2) 32 g/mol'dür.
BİT'in temel hükümleri.
5 dakikada fizik - moleküler fizik
Çözüm
Moleküler fizik ve termodinamiği içeren formüller hesaplamanıza olanak tanır niceliksel değerler katı ve gazlarla meydana gelen tüm süreçler. Bu tür hesaplamalar, pratik sorunların çözümüne katkıda bulundukları için hem teorik araştırmalarda hem de pratikte gereklidir.
Uluslararası Birim Sisteminde (SI) bir maddenin miktar birimi moldür.
Mol - bu, 0,012 kg karbon izotopu 12 C'deki atomların sayısı kadar yapısal birim (moleküller, atomlar, iyonlar, elektronlar vb.) içeren bir maddenin miktarıdır.
Bir karbon atomunun kütlesini bildiğimizde (1,93310 -26 kg), 0,012 kg karbondaki N A atomlarının sayısını hesaplayabiliriz.
N A = 0,012/1,93310 -26 = 6,0210 23 mol -1
6,0210 23 mol -1 denir Avogadro sabiti(tanım N A, boyut 1/mol veya mol -1). Herhangi bir maddenin bir molündeki yapısal birimlerin sayısını gösterir.
Molar kütle- boyut, orana eşit Bir maddenin kütlesinin madde miktarına oranı. Kg/mol veya g/mol boyutuna sahiptir. Genellikle M olarak adlandırılır.
Genel olarak, bir maddenin g/mol cinsinden ifade edilen molar kütlesi sayısal olarak bu maddenin bağıl atomik (A) veya bağıl moleküler kütlesine (M) eşittir. Örneğin C, Fe, O2, H2O'nun bağıl atom ve moleküler kütleleri sırasıyla 12, 56, 32, 18 ve molar kütleleri sırasıyla 12 g/mol, 56 g/mol, 32 g/mol'dür. , 18 g/mol.
Bir maddenin kütlesi ve miktarının farklı kavramlar olduğu unutulmamalıdır. Kütle kilogram (gram) cinsinden ifade edilir ve bir maddenin miktarı mol cinsinden ifade edilir. Bir maddenin kütlesi (m, g), madde miktarı (ν, mol) ve molar kütlesi (M, g/mol) arasında basit ilişkiler vardır.
m = νM; v = m/M; M = m/v.
Bu formülleri kullanarak belirli bir miktardaki maddenin kütlesini hesaplamak veya bir maddenin içindeki mol sayısını belirlemek kolaydır. kitleler tarafından biliniyor veya maddenin molar kütlesini bulun.
Bağıl atom ve moleküler kütleler
Kimyada geleneksel olarak mutlak kütle değerlerinden ziyade göreceli kütle değerleri kullanılır. 1961'den beri bağıl atom kütlesi birimi olarak kabul edilmiştir. atom birimi kütle (amu olarak kısaltılır), bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'si, yani karbon 12 C'nin izotopudur.
Bağıl molekül ağırlığı Bir maddenin (M r) oranına eşit bir miktardır ortalama ağırlık Bir maddenin doğal izotopik bileşiminin molekülleri, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sine kadar 12 C.
Bağıl moleküler kütle sayısal olarak molekülü oluşturan tüm atomların bağıl atom kütlelerinin toplamına eşittir ve maddenin formülü kullanılarak kolayca hesaplanır; örneğin maddenin formülü B x D y C'dir. z, o zaman
M r = xA B + yA D + zA C.
Moleküler kütle a.m.u boyutuna sahiptir. ve sayısal olarak molar kütleye (g/mol) eşittir.
Gaz kanunları
Bir gazın durumu tamamen sıcaklığı, basıncı, hacmi, kütlesi ve molar kütlesi ile karakterize edilir. Bu parametreleri birbirine bağlayan yasalar tüm gazlar için birbirine çok yakındır ve gazlar için kesinlikle doğrudur. ideal gaz Parçacıklar arasında tamamen etkileşimin olmadığı ve parçacıkları maddi noktalar olan.
Gazlar arasındaki reaksiyonların ilk niceliksel çalışmaları Fransız bilim adamı Gay-Lussac'a aitti. Gazların termal genleşmesine ilişkin yasaların ve hacimsel ilişkiler yasasının yazarıdır. Bu yasalar 1811'de İtalyan fizikçi A. Avogadro tarafından açıklandı. Avogadro Yasası - kimyanın önemli temel ilkelerinden biri şöyle diyor: “ Aynı sıcaklık ve basınçta alınan farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir».
Sonuçlar Avogadro yasasından:
1) çoğu basit atomun molekülleri diyatomiktir (H 2 , HAKKINDA 2 vesaire.);
2) Aynı koşullar altında farklı gazların aynı sayıda molekülü aynı hacmi kaplar.
3) ne zaman normal koşullar Herhangi bir gazın bir molü 22,4 dm3'e eşit bir hacim kaplar 3 (l). Bu hacme denir azı dişlerigaz hacmi(V o) (normal koşullar - to = 0 °C veya
To = 273 K, P o = 101325 Pa = 101,325 kPa = 760 mm. Hg Sanat. = 1 atmosfer).
4) herhangi bir maddenin bir molü ve herhangi bir elementin bir atomu, toplanma koşulları ve durumuna bakılmaksızın aynı sayıda molekül içerir. Bu Avogadro sayısı (Avogadro sabiti) - deneysel olarak bu sayının eşit olduğu tespit edilmiştir
N A = 6,02213∙10 23 (moleküller).
Böylece: gazlar için 1 mol – 22,4 dm 3 (l) – 6,023∙10 23 moleküller – M, g/mol ;
madde için 1 mol – 6,023∙10 23 moleküller – M, g/mol.
Avogadro yasasına göre: aynı basınç ve aynı sıcaklıklarda, eşit hacimdeki gazların kütleleri (m), molar kütleleri (M) ile ilişkilidir.
m 1 /m 2 = M 1 /M 2 = D,
nerede D- bağıl yoğunluk ilk gaz ikincinin üzerindedir.
Buna göre R. Boyle kanunu – E. Mariotte , en sabit sıcaklık Belirli bir gaz kütlesinin ürettiği basınç, gazın hacmiyle ters orantılıdır
P o /P 1 = V 1 /V o veya PV = sabit.
Bu, basınç arttıkça gazın hacminin azaldığı anlamına gelir. Bu yasa ilk olarak 1662'de R. Boyle tarafından formüle edildi. Fransız bilim adamı E. Marriott da yaratılışında yer aldığından İngiltere dışındaki ülkelerde bu yasaya denir. çift isim. temsil eder özel durum kanun ideal gaz (İdeal olarak gaz davranışının tüm yasalarına uyan varsayımsal bir gazı tanımlar).
İle J. Gay-Lussac yasası : sabit basınçta, gazın hacmi mutlak sıcaklıkla (T) doğru orantılı olarak değişir.
V 1 /T 1 = V o /T o veya V/T = sabit.
Gaz hacmi, basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasalarını birleştiren genel bir denklemle ifade edilebilir ( birleşik gaz kanunu)
PV/T=P o V o /T o,
burada P ve V, belirli bir T sıcaklığındaki gazın basıncı ve hacmidir; P o ve V o - normal koşullar altında gazın basıncı ve hacmi (n.s.).
Mendeleev-Clapeyron denklemi (ideal bir gazın durum denklemi), gazın kütlesi (m, kg), sıcaklığı (T, K), basıncı (P, Pa) ve hacminin (V, m3) oranını belirler. molar kütle(M, kg/mol)
burada R evrensel gaz sabitidir, eşittir 8,314 J/(mol K). Ayrıca gaz sabitinin iki değeri daha vardır: P – mmHg, V - santimetre 3 (ml), R = 62400 ;
R-atm, V – DM 3 (ben), R = 0,082 .
Kısmi basınç (lat. kısmi- kısmi, enlemden itibaren. pars- kısım) - gaz karışımının ayrı bir bileşeninin basıncı. Toplam basınç gaz karışımı bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamıdır.
Bir sıvı içinde çözünmüş bir gazın kısmi basıncı, aynı sıcaklıktaki sıvı ile denge durumunda gaz oluşumu aşamasında oluşacak gazın kısmi basıncıdır. Bir gazın kısmi basıncı, gaz moleküllerinin termodinamik aktivitesi olarak ölçülür. Gazlar her zaman yüksek kısmi basınç alanından düşük basınç alanına doğru akacaktır; ve neyle daha fazla fark akış o kadar hızlı olacaktır. Gazlar kısmi basınçlarına göre çözünür, yayılır ve reaksiyona girer ve gaz karışımındaki konsantrasyona bağlı olmaları gerekmez. Kısmi basınçların eklenmesi kanunu 1801'de J. Dalton tarafından formüle edildi. Aynı zamanda moleküler kinetik teoriye dayanan doğru teorik gerekçe çok daha sonra yapıldı. Dalton yasaları - Bir gaz karışımının toplam basıncını ve çözünürlüğünü belirleyen ve 19. yüzyılın başında kendisi tarafından formüle edilen iki fiziksel yasa.
