Bir maddenin molar kütlesi, maddenin kütlesine eşittir. Bir maddenin hacmi ile miktarı arasındaki ilişki

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) bir maddenin miktar birimi moldür.

köstebek - 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 (1,93310 -26 kg), 0,012 kg karbondaki N A atomlarının sayısını hesaplayabiliriz.

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

6,0210 23 mol -1 denir Avogadro sabiti(N A adı, boyut 1/mol veya mol -1). Herhangi bir maddenin bir molündeki yapısal birimlerin sayısını gösterir.

Molar kütle– Bir maddenin kütlesinin madde miktarına oranına eşit bir değer. 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 bir maddenin belirli bir miktarının kütlesini hesaplamak, bir maddenin bilinen bir kütlesindeki mol sayısını belirlemek veya bir maddenin molar kütlesini bulmak kolaydır.

Bağıl atomik ve moleküler kütleler

Kimyada geleneksel olarak mutlak kütle değerleri değil, göreceli değerler kullanılır. 1961'den bu yana, bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'si olan, yani karbon 12 C'nin izotopu olan atomik kütle birimi (kısaltılmış a.m.u.), 1961'den bu yana bağıl atom kütlelerinin bir birimi olarak benimsenmiştir.

Bağıl molekül ağırlığı Bir maddenin (Mr) değeri, maddenin doğal izotopik bileşimindeki bir molekülün ortalama kütlesinin, bir karbon atomu 12 C kütlesinin 1/12'sine oranına eşit bir değerdir.

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 Cz'dir. , Daha sonra

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) normal koşullar altında 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. rt. 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,

burada D, birinci gazın ikinciye göre bağıl yoğunluğudur.

Buna göre R. Boyle kanunu – E. Mariotte Sabit bir sıcaklıkta, 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 diğer ülkelerde bu yasa çift isimle anılmaktadır. Özel bir durumu temsil ediyor ideal gaz kanunu(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), bir gazın kütlesi (m, kg), sıcaklık (T, K), basınç (P, Pa) ve hacmi (V, m3) ile molar kütlesi arasındaki ilişkiyi kurar ( 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 basıncı (lat. kısmi- kısmi, enlemden itibaren. pars- kısım) - gaz karışımının ayrı bir bileşeninin basıncı. Bir gaz karışımının toplam basıncı, 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 fark ne kadar büyük olursa akış o kadar hızlı olacaktır. Gazlar kısmi basınçlarına göre çözünür, yayılır ve reaksiyona girer ve gaz karışımındaki konsantrasyona bağlı olmaları gerekmez. Kısmi basınçların eklenmesi yasası 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.

Moleküler fizik, bireysel moleküllerin davranışlarına dayanarak cisimlerin özelliklerini inceler. Tüm görünür süreçler en küçük parçacıkların etkileşimi düzeyinde meydana gelir; çıplak gözle gördüklerimiz yalnızca bu incelikli derin bağlantıların bir sonucudur.

Temas halinde

Temel konseptler

Moleküler fizik bazen termodinamiğin teorik tamamlayıcısı olarak görülür. Çok daha önce ortaya çıkan termodinamik, tamamen pratik hedefler peşinde koşarak, ısının işe dönüşümüyle ilgili çalışmalarla ilgilendi. Yalnızca deneylerin sonuçlarını açıklayan teorik bir gerekçe sunmadı. Moleküler fiziğin temel kavramları daha sonra, 19. yüzyılda ortaya çıktı.

Minimal parçacıkların - moleküllerin kaotik hareketlerindeki kalıpları belirleyen istatistiksel bir yöntemle yönlendirilen cisimlerin moleküler düzeyde etkileşimini inceliyor. Moleküler fizik ve termodinamik birbirini tamamlar. Süreçlere farklı açılardan bakmak. Aynı zamanda, termodinamik atomik süreçlerle ilgilenmez, yalnızca makroskobik cisimlerle ilgilenir ve moleküler fizik, aksine, herhangi bir süreci tam olarak bireysel yapısal birimlerin etkileşimi açısından ele alır.

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 sayıda minimal parçacıklara sahiptir. Moleküler düzeyde gerçekleşen süreçler ancak etkileşimlere katılan atomik birimlerin sayısı tam olarak dikkate alınarak anlaşılabilir. Madde miktarının ölçü birimi, SI sisteminde kabul edilen, - köstebek.

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 çok büyük sayılarla çalışmanız gerekir, bu nedenle mol kullanılır; birim kütle başına parçacık sayısını belirleyen bir sayı.

Bir maddenin miktarını belirleyen formül:

Bir maddenin miktarının hesaplanması farklı durumlarda yapılır, birçok formülde kullanılır ve moleküler fizikte önemli bir değerdir.

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 sistemlerdirçok 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, belirli bir miktar gazın belirli koşullar altında kapladığı alandır. Sabit bir hacme sahip olan ve çevre koşullarından pratik olarak bağımsız olan katılardan farklı olarak, 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 hacmidir;

n, gazın mol sayısıdır;

R - evrensel gaz sabiti;

T - gaz sıcaklığı.

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, bir maddenin sıvı halden katı duruma faz geçişidir; 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 kütle ile özgül füzyon ısısının (λ) çarpımına eşit miktarda ısı çıkarın. 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 belirli bir maddeye doygunluk derecesidir. 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 şuna 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 hesaplama, bileşenlerin atom ağırlıklarının toplanmasıyla gerçekleştirilir. 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 bulabiliriz.

Bu formülün yalnızca inorganik moleküller için geçerli olduğuna dikkat edilmelidir. Organik moleküllerin boyutu çok daha büyüktür 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 termodinamikte yer alan formüller, katılarda ve gazlarda meydana gelen tüm süreçlerin niceliksel değerlerinin hesaplanmasına olanak tanır. Bu tür hesaplamalar, pratik sorunların çözümüne katkıda bulundukları için hem teorik araştırmalarda hem de pratikte gereklidir.

Molekül kütlesi modern kimyanın temel kavramlarından biridir. Avogadro'nun birçok maddenin küçük parçacıklardan - her biri atomlardan oluşan moleküllerden - oluştuğuna dair ifadesinin bilimsel olarak kanıtlanmasından sonra tanıtımı mümkün oldu. Bilim bu yargıyı büyük ölçüde, maddelerin moleküler yapısını bilimsel olarak kanıtlayan ve kimyaya en önemli kavram ve yasaların çoğunu veren İtalyan kimyager Amadeo Avogadro'ya borçludur.

Elementlerin kütle birimleri

Başlangıçta hidrojen atomu, evrendeki en hafif element olarak atom ve moleküler kütlenin temel birimi olarak alınıyordu. Ancak atom kütleleri çoğunlukla oksijen bileşiklerine göre hesaplanıyordu, bu nedenle atom kütlelerini belirlemek için yeni bir standart seçilmesine karar verildi. Oksijenin atom kütlesi 15, dünyadaki en hafif madde olan hidrojenin atom kütlesi 1 olarak alındı. 1961'de ağırlığı belirlemek için oksijen sistemi genel olarak kabul edildi, ancak bazı rahatsızlıklar yarattı.

1961'de, standardı 12 C karbon izotopu olan yeni bir bağıl atom kütleleri ölçeği kabul edildi. Atomik kütle birimi (amu olarak kısaltılır) bu standardın kütlesinin 1/12'sidir. Şu anda atom kütlesi, amu cinsinden ifade edilmesi gereken bir atomun kütlesidir.

Molekül kütlesi

Herhangi bir maddenin molekülünün kütlesi, bu molekülü oluşturan tüm atomların kütlelerinin toplamına eşittir. Bir gazın en hafif molekül ağırlığı hidrojendir; bileşiği H2 olarak yazılır ve ikiye yakın bir değere sahiptir. Bir su molekülü bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. Bu, moleküler kütlesinin 15,994 + 2*1,0079=18,0152 amu olduğu anlamına gelir. En büyük molekül ağırlıkları karmaşık organik bileşiklerin (proteinler ve amino asitler)kilerdir. Bir protein yapısal biriminin molekül ağırlığı, bu makromoleküler yapıdaki peptit zincirlerinin sayısına bağlı olarak 600 ile 106 arasında ve daha yüksek arasında değişir.

köstebek

Kimyada standart kütle ve hacim birimlerinin yanı sıra tamamen özel bir sistem birimi olan mol kullanılır.

Bir mol, 12 gram 12 C izotopunun içerdiği sayıda yapısal birim (iyon, atom, molekül, elektron) içeren madde miktarıdır.

Bir maddenin miktarının ölçüsünü kullanırken hangi yapısal birimlerin kastedildiğini belirtmek gerekir. "Köstebek" kavramından da anlaşılacağı gibi, her bir durumda, tam olarak hangi yapısal birimlerden bahsettiğimizi belirtmek gerekir - örneğin, bir mol H + iyonu, bir mol H2 molekülü, vb.

Molar ve moleküler kütle

Bir maddenin 1 molünün kütlesi g/mol cinsinden ölçülür ve molar kütle olarak adlandırılır. Moleküler ve molar kütle arasındaki ilişki denklem olarak yazılabilir.

ν = k × m/M, burada k orantılılık katsayısıdır.

Herhangi bir oran için orantı katsayısının bire eşit olacağını söylemek kolaydır. Aslında karbon izotopunun bağıl moleküler kütlesi 12 amu'dur ve tanıma göre bu maddenin molar kütlesi 12 g/mol'dür. Moleküler kütlenin molar kütleye oranı 1'dir. Bundan molar ve moleküler kütlenin aynı sayısal değerlere sahip olduğu sonucuna varabiliriz.

Gaz hacimleri

Bildiğiniz gibi etrafımızdaki tüm maddeler katı, sıvı veya gaz halinde bir araya toplanmış halde olabilir. Katılar için en yaygın temel ölçü kütle, katılar ve sıvılar için ise hacimdir. Bunun nedeni katıların şeklini ve sonlu boyutlarını korumasıdır. Sıvı ve gaz halindeki maddelerin sonlu boyutları yoktur. Herhangi bir gazın özelliği, yapısal birimleri (moleküller, atomlar, iyonlar) arasındaki mesafenin, sıvı veya katı maddelerdeki aynı mesafelerden kat kat daha fazla olmasıdır. Örneğin, normal koşullar altında bir mol su, 18 ml'lik bir hacim kaplar - yaklaşık olarak bir çorba kaşığı ile aynı miktar. Bir mol ince kristalli sofra tuzunun hacmi 58,5 ml'dir ve 1 mol şekerin hacmi bir mol sudan 20 kat daha fazladır. Gazlar daha da fazla alan gerektirir. Normal koşullar altında bir mol nitrojen, bir mol sudan 1240 kat daha büyük bir hacim kaplar.

Bu nedenle, gaz halindeki maddelerin hacimleri, sıvı ve katı maddelerin hacimlerinden önemli ölçüde farklılık gösterir. Bunun nedeni, farklı toplanma durumlarındaki maddelerin molekülleri arasındaki mesafelerdeki farklılıktır.

Normal koşullar

Herhangi bir gazın durumu büyük ölçüde sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Örneğin, nitrojen 20 °C sıcaklıkta 24 litre hacim kaplar ve 100 °C'de aynı basınçta - 30,6 litre hacim kaplar. Kimyacılar bu bağımlılığı dikkate alarak gazlı maddelerle yapılan tüm işlem ve ölçümlerin normal koşullara indirilmesine karar verildi. Dünyanın her yerinde normal koşulların parametreleri aynıdır. Gaz halindeki kimyasallar için bunlar:

• Sıcaklık 0°C'de.
• Basınç 101,3 kPa.

Normal koşullar için özel bir kısaltma benimsenmiştir - hayır. Bazen problemlerde bu atama yazılmaz, o zaman problemin koşullarını dikkatlice tekrar okumalı ve verilen gaz parametrelerini normal şartlara getirmelisiniz.

1 mol gazın hacminin hesaplanması

Örnek olarak nitrojen gibi herhangi bir gazın bir molünü hesaplamak zor değildir. Bunu yapmak için önce bağıl moleküler kütlesinin değerini bulmanız gerekir:

M r (N 2) = 2×14 = 28.

Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi sayısal olarak molar kütleye eşit olduğundan, o zaman M(N2)=28 g/mol.

Normal koşullar altında nitrojen yoğunluğunun 1,25 g/litre olduğu deneysel olarak bulunmuştur.

Bu değeri bir okul fiziği dersinden bilinen standart formüle koyalım:

• V gazın hacmidir;
• m gaz kütlesidir;
• ρ gaz yoğunluğudur.

Normal koşullar altında nitrojenin molar hacminin

V(N2) = 25 g/mol: 1,25 g/litre = 22,4 l/mol.

Bir mol nitrojenin 22,4 litre kapladığı ortaya çıktı.

Mevcut tüm gazlı maddelerle böyle bir işlem gerçekleştirirseniz şaşırtıcı bir sonuca varabilirsiniz: normal koşullar altında herhangi bir gazın hacmi 22,4 litredir. Hangi gazdan bahsediyorsak, yapısı, fiziksel ve kimyasal özellikleri ne olursa olsun, bu gazın bir molü 22,4 litre hacim kaplayacaktır.

Bir gazın molar hacmi kimyadaki en önemli sabitlerden biridir. Bu sabit, normal koşullar altında gazların özelliklerinin ölçülmesiyle ilgili birçok kimyasal problemin çözülmesini mümkün kılar.

Sonuçlar

Gaz halindeki maddelerin moleküler ağırlığı, bir maddenin miktarının belirlenmesinde önemlidir. Ve eğer araştırmacı belirli bir gazın madde miktarını biliyorsa, bu gazın kütlesini veya hacmini belirleyebilir. Gaz halindeki bir maddenin aynı kısmı için aşağıdaki koşullar aynı anda sağlanır:

ν = m/ M ν= V/ V m.

Eğer ν sabitini çıkarırsak, bu iki ifadeyi eşitleyebiliriz:

Bu şekilde bir maddenin bir kısmının kütlesini ve hacmini hesaplayabilirsiniz ve incelenen maddenin moleküler kütlesi de bilinir. Bu formülü kullanarak hacim-kütle oranını kolayca hesaplayabilirsiniz. Bu formül M= m V m/V formuna indirgendiğinde istenilen bileşiğin molar kütlesi bilinecektir. Bu değeri hesaplamak için incelenen gazın kütlesini ve hacmini bilmek yeterlidir.

Bir maddenin gerçek moleküler ağırlığı ile formül kullanılarak bulunan arasında kesin bir eşleşmenin imkansız olduğu unutulmamalıdır. Herhangi bir gaz, yapısında belirli değişiklikler yapan ve kütlesinin belirlenmesini etkileyen birçok yabancı madde ve katkı maddesi içerir. Ancak bu dalgalanmalar, bulunan sonuçtaki üçüncü veya dördüncü ondalık basamakta değişikliklere neden olur. Bu nedenle okul problemleri ve deneyler için bulunan sonuçlar oldukça makuldür.

Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Çalışmanın tam versiyonuna PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir.

giriiş

Kimya ve fizik çalışırken “atom”, “bir kimyasal elementin bağıl atom ve molar kütlesi” gibi kavramlar önemli bir rol oynar. Uzun zamandır bu alanda yeni bir şey keşfedilmemiş gibi görünüyor. Ancak Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), kimyasal elementlerin atom kütlelerinin değerlerini yıllık olarak günceller. Geçtiğimiz 20 yılda 18'inin izotopu olmayan 36 elementin atom kütleleri ayarlandı.

Doğa bilimleri Olimpiyatının Tüm Rusya tam zamanlı turuna katılarak bize şu görev teklif edildi: "Bir okul laboratuvarında bir maddenin molar kütlesini belirlemenin bir yolunu önerin."

Bu görev tamamen teorikti ve başarıyla tamamladım. Bu yüzden bir okul laboratuvarında deneysel olarak bir maddenin molar kütlesini hesaplamaya karar verdim.

Hedef:

Bir okul laboratuvarında bir maddenin molar kütlesini deneysel olarak belirleyin.

Görevler:

Bağıl atom ve molar kütleyi hesaplama yöntemlerini açıklayan bilimsel literatürü inceleyin.

Gaz ve katı haldeki bir maddenin molar kütlesini fiziksel yöntemler kullanarak deneysel olarak belirler.

Sonuca varmak.

II. Ana bölüm

Temel konseptler:

Göreceli atomik kütle atomik kütle birimleri (amu) cinsinden ifade edilen bir kimyasal elementin kütlesidir. 1 saat için Atom ağırlığı 12 olan karbon izotopunun kütlesinin 1/12'si 1 amu = 1,6605655·10 -27 kg kabul edilir.

Bağıl atom kütlesi - bir kimyasal elementin belirli bir atomunun kütlesinin, 12 C izotopunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha büyük olduğunu gösterir.

İzotoplar- çekirdekte farklı sayıda nötron ve aynı sayıda protona sahip olan, dolayısıyla farklı bağıl atom kütlelerine sahip olan aynı kimyasal elementin atomları.

Maddenin molar kütlesi - Bir maddenin bu kütlesi 1 mol miktarında alınır.

1 mol - Bu, 12 gram karbondakiyle aynı sayıda atom (molekül) içeren madde miktarıdır.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi 1 kg'lık bir cismin sıcaklığının 1 0 C değişmesi için ne kadar ısı verilmesi gerektiğini gösteren fiziksel bir niceliktir.

Isı kapasitesi- Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin ve kütlesinin ürünüdür.

Kimyasal elementlerin atom kütlelerini belirlemenin tarihi:

Çeşitli kimyasal elementlerin göreceli atom kütlelerinin belirlenmesinin tarihiyle ilgili çeşitli literatür kaynaklarını analiz ettikten sonra, verileri oldukça uygun olan bir tabloda özetlemeye karar verdim çünkü Çeşitli literatür kaynaklarında bilgiler belirsiz bir şekilde verilmektedir:

Bir atomun bağıl atom kütlesini bilerek, bir maddenin molar kütlesini belirleyebiliriz: M= Ar·10̄ ³ kg/mol

Elementlerin moleküler kütlelerini belirleme yöntemleri:

Atomik ve moleküler kütle, fiziksel veya kimyasal yöntemlerle belirlenebilir. Kimyasal yöntemler, bir aşamada atomların kendisini değil, bunların kombinasyonlarını içermesi bakımından farklılık gösterir.

Fiziksel yöntemler:

1 yol. Dulog ve Petit yasası

1819'da Dulong, A.T. Petit, basit katıların spesifik ısı kapasitelerinin ve kurucu elementlerin göreceli atom kütlesinin çarpımının yaklaşık olarak sabit bir değer olduğu (modern ölçü birimlerinde yaklaşık olarak eşit olan) katıların ısı kapasitesi yasasını oluşturdu. Сv·Аr = 25,12 J/(g.K)); Günümüzde bu ilişkiye “Dulong-Petit yasası” adı verilmektedir. Çağdaşlar tarafından uzun süre fark edilmeyen özgül ısı kapasitesi yasası, daha sonra ağır elementlerin atomik kütlelerinin yaklaşık olarak tahmin edilmesi için bir yöntemin temelini oluşturdu. Dulong ve Petit yasasından, 25.12'yi basit bir maddenin deneysel olarak kolayca belirlenen özgül ısı kapasitesine bölerek, belirli bir elementin bağıl atom kütlesinin yaklaşık değerinin bulunabileceği sonucu çıkar. Ve bir elementin bağıl atom kütlesini bilerek, maddenin molar kütlesini belirleyebilirsiniz.

М=Мr·10̵ ³ kg/mol

Fizik ve kimyanın gelişiminin ilk aşamasında, bir elementin özgül ısı kapasitesinin belirlenmesi diğer birçok parametreden daha kolaydı, bu nedenle bu yasayı kullanarak BAĞIL ATOMİK KÜTLE'nin yaklaşık değerleri belirlendi.

Araç, Ar=25,12/s

c maddenin özgül ısı kapasitesidir

Bir katının özgül ısı kapasitesini belirlemek için aşağıdaki deneyi yaparız:

1. 1. 1. Kalorimetreye sıcak su döküp kütlesini ve başlangıç ​​sıcaklığını belirleyelim.

         Bağıl atom kütlesini belirlememiz gereken, bilinmeyen bir maddeden yapılmış katı bir cismin kütlesini belirleyelim. Ayrıca başlangıç ​​​​sıcaklığını da belirleyeceğiz (vücut uzun süre bu odada kaldığı için başlangıç ​​sıcaklığı oda hava sıcaklığına eşittir).

         Katı bir cismi sıcak su ile kalorimetreye indirelim ve kalorimetrede belirlenen sıcaklığı belirleyelim.

         Gerekli hesaplamaları yaptıktan sonra katının özgül ısı kapasitesini belirliyoruz.

Q1=c1m1(t-t1), burada Q1, ısı alışverişi sonucu su tarafından verilen ısı miktarıdır, c1 suyun özgül ısı kapasitesidir (tablo değeri), m1 suyun kütlesidir, t son sıcaklıktır, t 1 ise suyun başlangıç ​​sıcaklığı, Q2=c2m2(t-t2), burada Q2, ısı alışverişi sonucu katı bir cisim tarafından alınan ısı miktarıdır, c2, maddenin özgül ısı kapasitesidir (belirlenecek), m2, maddenin kütlesidir, t2, başlangıç ​​​​sıcaklığıdır incelenen bedenin, çünkü Isı dengesi denklemi şu şekildedir: Ç1 + Ç2 = 0 ,

Daha sonra c2 = c1m1(t-t1) /(- m2(t-t2)))

Ortalama değer Göreceli atomik kütle maddeler ortaya çıktı

Ar = 26,5 akb

Buradan, molar kütle a eşittir M =0,0265 kg/mol.

Sağlam gövde - alüminyum çubuk

Yöntem 2. Havanın molar kütlesini hesaplayalım.

Sistemin denge durumunu kullanarak bir maddenin, örneğin bir gazın, örneğin havanın molar kütlesini de hesaplayabilirsiniz.

Fa = F ipliği(Balon üzerine etki eden Arşimet kuvveti, balonun kabuğuna, balondaki gaza ve balondan asılı olan yüke etki eden toplam yer çekimi kuvveti ile dengelenir.). Tabii topun havada asılı durduğunu (yükselmediğini veya düşmediğini) düşünürsek.

fa- Havadaki topa uygulanan Arşimet kuvveti

Fa =ρвg Vш

ρв - hava yoğunluğu

F1- topun kabuğuna ve topun içinde bulunan gaza (helyum) etki eden yerçekimi kuvveti

F1=mvol g + mgel g

F2- yüke etki eden yer çekimi kuvveti

F2=mg g

Formülü alıyoruz: ρвg Vш= mafya g + mgel g + mg gr (1)

Havanın molar kütlesini hesaplamak için Mendeleev-Clapeyron formülünü kullanalım:

Havanın molar kütlesini ifade edelim:

Denklem (3)'te hava yoğunluğu yerine denklem (2)'yi değiştiriyoruz. Havanın molar kütlesini hesaplamak için bir formülümüz var:

Bu nedenle havanın molar kütlesini bulmak için şunları ölçmeniz gerekir:

1) yükün ağırlığı

2) helyum kütlesi

3) kabuk kütlesi

4) hava sıcaklığı

5) hava basıncı (atmosfer basıncı)

6) topun hacmi

R- Evrensel gaz sabiti, R=8,31 ​​J/(mol K)

Barometre atmosferik basıncı gösterdi

eşit ra =96000Pa

Oda sıcaklığı:

T=23 +273=297K

Yükün kütlesini ve topun kabuğunun kütlesini elektronik terazi kullanarak belirledik:

mgr =8.02g

top kabuğunun kütlesi:

mafya = 3.15g

Topun hacmini iki şekilde belirledik:

a) Topumuzun yuvarlak olduğu ortaya çıktı. Topun çevresini birkaç yerden ölçerek topun yarıçapını belirledik. Ve sonra hacmi: V=4/3·πR³

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

Vsh= 0.0107m³

b) suyu boşaltmak için bir tepsiye yerleştirdikten sonra kovaya en kenarına kadar su döktük. Balonu tamamen suya indirdik, banyoya döktüğümüz suyun bir kısmını kovanın altına, kovadan dökülen suyun hacmini ölçerek balonun hacmini belirledik: Vsu=Vsh= 0,011m³

(Resimdeki top kameraya daha yakın olduğu için daha büyük görünüyor)

Yani hesaplama için topun hacminin ortalama değerini aldık:

Vsh= 0.0109m³

Helyumun kütlesini Mendeleev-Clapeyron denklemini kullanarak, helyumun sıcaklığının hava sıcaklığına eşit olduğunu ve topun içindeki helyumun basıncının atmosfer basıncına eşit olduğunu dikkate alarak belirliyoruz.

Helyumun molar kütlesi 0,004 kg/mol:

mgel = 0,00169 kg

Tüm ölçüm sonuçlarını formül (4)'e koyarak havanın molar kütlesinin değerini elde ederiz:

M= 0,030 kg/mol

(tablo molar kütle değeri

hava 0,029 kg/mol)

Çözüm: Bir okul laboratuvarında, fiziksel yöntemler kullanarak bir kimyasal elementin bağıl atom kütlesini ve bir maddenin molar kütlesini belirleyebilirsiniz. Bu çalışmayı yaptıktan sonra bağıl atom kütlesinin nasıl belirleneceği hakkında çok şey öğrendim. Elbette, birçok yönteme bir okul laboratuvarı erişemez, ancak yine de, temel ekipmanı kullanarak bile, bir kimyasal elementin göreceli atom kütlesini ve bir maddenin molar kütlesini fiziksel yöntemler kullanarak deneysel olarak belirleyebildim. Sonuç olarak bu çalışmada belirlenen amaç ve hedeflere ulaştım.

Kullanılmış literatür listesi

alhimik.ru

alhimikov.net

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

G. I. Deryabina, G. V. Kantaria. 2.2.Mole, molar kütle. Organik kimya: web ders kitabı.

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

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

Pratik ve teorik kimyada iki kavram mevcuttur ve pratik öneme sahiptir: moleküler (bunun yerini genellikle doğru olmayan moleküler ağırlık kavramı alır) ve molar kütle. Bu miktarların her ikisi de basit veya karmaşık bir maddenin bileşimine bağlıdır.

Nasıl belirlenir veya moleküler? Bu fiziksel niceliklerin her ikisi de doğrudan ölçümle, örneğin bir maddenin bir terazide tartılmasıyla bulunamaz (veya neredeyse bulunamaz). Bileşiğin kimyasal formülüne ve tüm elementlerin atomik kütlelerine göre hesaplanırlar. Bu nicelikler sayısal olarak eşittir ancak boyutları farklıdır. Geleneksel bir miktar olan ve a ile gösterilen atomik kütle birimleriyle ifade edilir. e.m. ve başka bir isim - “dalton”. Molar kütle birimleri g/mol cinsinden ifade edilir.

Molekülleri bir atomdan oluşan basit maddelerin moleküler kütleleri, Mendeleev'in periyodik tablosunda belirtilen atom kütlelerine eşittir. Örneğin:

• sodyum (Na) - 22,99 a. yemek yemek.;
• demir (Fe) - 55,85 a. yemek yemek.;
• kükürt (S) - 32.064a. yemek yemek.;
• argon (Ar) - 39,948 a. yemek yemek.;
• potasyum (K) - 39.102 a. yemek yemek.

Ayrıca molekülleri bir kimyasal elementin birkaç atomundan oluşan basit maddelerin moleküler ağırlıkları, elementin atom kütlesinin molekül içindeki atom sayısına göre çarpımı olarak hesaplanır. Örneğin:

• oksijen (O2) - 16. 2 = 32 a. yemek yemek.;
• nitrojen (N2) - 14,2 = 28a. yemek yemek.;
• klor (Cl2) - 35. 2 = 70 a. yemek yemek.;
• ozon (O3) - 16. 3 = 48 a. yemek yemek.

Moleküler kütleler, molekülde bulunan her bir element için atom kütlesinin ve atom sayısının çarpımının toplanmasıyla hesaplanır. Örneğin:

• (HCl) - 2 + 35 = 37 a. yemek yemek.;
• (CO) - 12 + 16 = 28 a. yemek yemek.;
• karbondioksit (CO2) - 12 + 16. 2 = 44a. yemek yemek.

Peki maddelerin molar kütlesi nasıl bulunur?

Bunu yapmak zor değil çünkü bu, belirli bir maddenin birim miktarının mol cinsinden ifade edilen kütlesidir. Yani her maddenin hesaplanan moleküler kütlesi 1 g/mol sabit değeriyle çarpılırsa molar kütlesi elde edilir. 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 atomik kütlesine sayısal olarak karşılık gelir. Örneğin kükürt için MS = 32,064 g/mol. Molekülü birkaç atomdan oluşan basit bir maddenin molar kütlesinin nasıl bulunacağı oksijen örneği kullanılarak düşünülebilir: 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. Bir 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 atomik kütlelerin belirlenmesinin doğruluğu farklıysa, bir maddenin molar kütlesi nasıl bulunur? Bazı elementler için onda birlik bir doğrulukla, diğerleri için yüzde birlik bir doğrulukla, diğerleri için binde birlik bir doğrulukla ve radon gibi elementler için tam olanlara, manganez için on bine kadar bir doğrulukla belirtilir.

Molar kütleyi hesaplarken, kimyasal maddelerin veya reaktiflerin saflığının büyük bir hataya neden olacağı pratik uygulamalara sahip olduklarından, hesaplamaların onda birine kadar daha yüksek bir doğrulukla yapılması mantıklı değildir. Bütün bu hesaplamalar yaklaşık değerlerdir. Ancak kimyagerlerin daha fazla doğruluğa ihtiyaç duyduğu durumlarda, belirli prosedürler kullanılarak uygun düzeltmeler yapılır: çözeltinin titresi belirlenir, kalibrasyonlar standart numuneler kullanılarak yapılır, vb.