Formules vir die berekening van die massa van 'n molekule, 'n voorbeeld van 'n probleem

2024 Outeur: Angel Austin | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 05:14

Elke persoon weet dat die liggame rondom ons uit atome en molekules bestaan. Hulle het verskillende vorms en strukture. Wanneer probleme in chemie en fisika opgelos word, is dit dikwels nodig om die massa van 'n molekule te vind. Oorweeg in hierdie artikel verskeie teoretiese metodes om hierdie probleem op te los.

Algemene inligting

Voordat jy oorweeg hoe om die massa van 'n molekule te vind, moet jy met die konsep self kennis maak. Hier is 'n paar voorbeelde.

'n Molekule word gewoonlik 'n stel atome genoem wat deur een of ander tipe chemiese binding met mekaar verenig word. Hulle moet en kan ook as 'n geheel in verskeie fisiese en chemiese prosesse beskou word. Hierdie bindings kan ionies, kovalent, metaal of van der Waals wees.

Die bekende watermolekule het die chemiese formule H₂O. Die suurstofatoom daarin word deur middel van polêre kovalente bindings met twee waterstofatome verbind. Hierdie struktuur bepaal baie van die fisiese en chemiese eienskappe van vloeibare water, ys en stoom.

Natuurlike gas metaan is nog 'n helder verteenwoordiger van 'n molekulêre stof. Sy deeltjies word gevorm'n koolstofatoom en vier waterstofatome (CH₄). In die ruimte het die molekules die vorm van 'n tetraëder met koolstof in die middel.

Lug is 'n komplekse mengsel van gasse, wat hoofsaaklik bestaan uit suurstofmolekules O₂ en stikstof N₂. Beide tipes word verbind deur sterk dubbel- en drievoudige kovalente nie-polêre bindings, wat hulle hoogs chemies inert maak.

Bepaling van die massa van 'n molekule deur sy molêre massa

Die periodieke tabel van chemiese elemente bevat 'n groot hoeveelheid inligting, waaronder atoommassa-eenhede (amu). Byvoorbeeld, 'n waterstofatoom het 'n amu van 1, en 'n suurstofatoom van 16. Elkeen van hierdie getalle dui die massa in gram aan wat 'n stelsel wat 1 mol atome van die ooreenstemmende element bevat, sal hê. Onthou dat die eenheid van meting van die hoeveelheid stof 1 mol die aantal deeltjies in die sisteem is, wat ooreenstem met die Avogadro-getal N_A, dit is gelyk aan 6.0210 ²³.

Wanneer hulle 'n molekule oorweeg, gebruik hulle die konsep nie van amu nie, maar van molekulêre gewig. Laasgenoemde is 'n eenvoudige som van a.m.u. vir die atome waaruit die molekule bestaan. Byvoorbeeld, die molêre massa vir H₂O sal 18 g/mol wees, en vir O₂ 32 g/mol. As jy 'n algemene konsep het, kan jy voortgaan met die berekeninge.

Die molêre massa M is maklik om te gebruik om die massa van 'n molekule m₁ te bereken. Om dit te doen, gebruik 'n eenvoudige formule:

m₁=M/N_A.

In sommige takedie massa van die sisteem m en die hoeveelheid materie daarin n kan gegee word. In hierdie geval word die massa van een molekule soos volg bereken:

m₁=m/(nN_A).

Ideale gas

Hierdie konsep word so 'n gas genoem, waarvan die molekules lukraak in verskillende rigtings teen hoë spoed beweeg, het nie interaksie met mekaar nie. Die afstande tussen hulle oorskry verreweg hul eie groottes. Vir so 'n model is die volgende uitdrukking waar:

PV=nRT.

Dit word die Mendeleev-Clapeyron-wet genoem. Soos jy kan sien, hou die vergelyking die druk P, die volume V, die absolute temperatuur T en die hoeveelheid stof n in verband. In die formule is R die gaskonstante, numeries gelyk aan 8.314. Die geskrewe wet word universeel genoem omdat dit nie van die chemiese samestelling van die sisteem afhang nie.

As drie termodinamiese parameters bekend is - T, P, V en die waarde m van die stelsel, dan is die massa van 'n ideale gasmolekule m₁ nie moeilik om te bepaal nie deur die volgende formule:

m₁=mRT/(N_APV).

Hierdie uitdrukking kan ook geskryf word in terme van gasdigtheid ρ en Boltzmann konstante k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Voorbeeldprobleem

Dit is bekend dat die digtheid van sommige gasse 1,225 kg/m³by atmosferiese druk 101325 Pa en temperatuur 15 ^oC is. Wat is die massa van 'n molekule? Van watter gas praat jy?

Omdat ons druk, digtheid en temperatuur krystelsel, dan kan jy die formule wat in die vorige paragraaf verkry is gebruik om die massa van een molekule te bepaal. Ons het:

m₁=ρk_BT/P;

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

Om die tweede vraag van die probleem te beantwoord, kom ons vind die molêre massa M van die gas:

M=m₁N_A;

M=4,80710^-266,0210²³=0,029 kg/mol.

Die verkry waarde van die molêre massa stem ooreen met die gas lug.