Молекулярная масса: базовые принципы определения. Молярная масса, ее значение и расчет

В уроке 5 «Моль и молярная масса » из курса «Химия для чайников » рассмотрим моль как единицу измерения количества вещества; дадим определение числу Авогадро, а также научимся определять молярную массу и решать задачи на количество вещества. Базой для данного урока послужат основы химии, изложенные в прошлых уроках, так что если вы изучаете химию с нуля, то рекомендую их просмотреть хотя бы мельком.

До этого урока мы обсуждали лишь индивидуальные молекулы и атомы, а их массы мы выражали в атомных единицах массы. В реальной жизни с индивидуальными молекулами работать невозможно, потому что они ничтожно малы. Для этого химики взвешивают вещества ни в а.е.м., а в граммах.

Чтобы перейти от молекулярной шкалы измерения масс в лабораторную шкалу, используют единицу измерения количества вещества под названием моль. 1 моль содержит 6,022·10 23 частиц (атомов или молекул) и является безразмерной величиной. Число 6,022·10 23 носит название , которое определяется как число частиц, содержащихся в 12 г атомов углерода 12 C. Важно понимать, что 1 моль любого вещества содержит всегда одно и то же число частиц (6,022·10 23).

Как уже было сказано, термин «моль» применяется не только к молекулам, но также и к атомам. Например, если вы говорите о моле гелия (He), то это означает, что вы имеет количество равное 6,022·10 23 атомов . Точно так же, 1 моль воды (H 2 O) подразумевает количество равное 6,022·10 23 молекул . Однако чаще всего моль применяют именно к молекулам.

Молярная масса – это масса 1 моля вещества, выраженная в граммах. Молярную массу одного моля любого химического элемента без труда находят из таблицы Менделеева, так как молярная масса численно равна атомной массе, но размерности у них разные (молярная масса имеет размерность г/моль ). Запишите и запомните формулы для вычисления молярной массы, количества вещества и числа молекул:

Молярная масса формула M=m/n
Количество вещества формула n=m/M
Число молекул формула N =N A ·n

где m — масса вещества, n — количество вещества (число молей), М — молярная масса, N — число молекул, N A — число Авогадро. Благодаря молярной массе вещества химики могут вести подсчет атомов и молекул в лаборатории просто путем их взвешивания. Этим и удобно использование понятия моль .

На рисунке изображены четыре колбы с различными веществами, но в каждой из них всего 1 моль вещества. Можете перепроверить, используя формулы выше.

Задачи на количество вещества

Пример 1. Сколько граммов Н 2 , Н 2 O, СН 3 ОН, октана (С 8 Н 18) и газа неона (Ne) содержится в 1 моле?

Решение: Молекулярные массы (в атомных единицах массы) перечисленных веществ приведены в таблице Менделеева. 1 моль каждого из названных веществ имеет следующую массу:

Поскольку массы, указанные в решении примера 1, дают правильные относительные массы взвешиваемых молекул, указанная масса каждого из перечисленных веществ содержит одинаковое число молекул. Этим и удобно использование понятия моля. Нет даже необходимости знать, чему равно численное значение моля, хотя мы уже знаем, что оно составляет 6,022·10 23 ; эта величина называется числом Авогадро и обозначается символом N A . Переход от индивидуальных молекул к молям означает увеличение шкалы измерения в 6,022·10 23 раз. Число Авогадро представляет собой также множитель перевода атомных единиц массы в граммы: 1 г = 6,022·10 23 а.е.м. Если мы понимаем под молекулярной массой массу моля вещества, то ее следует измерять в граммах на моль; если же мы действительно имеем в виду массу одной молекулы, то она численно совпадает
с молекулярной массой вещества, но выражается в атомных единицах массы на одну молекулу. Оба способа выражения молекулярной массы правильны.

Пример 2. Сколько молей составляют и сколько молекул содержат 8 г газообразного кислорода O 2 ?

Решение: Выписываем из таблицы Менделеева атомную массу атома кислорода (O), которая равна 15,99 а.е.м, округляем до 16. Так как у нас молекула кислорода, состоящая из двух атомов O, то ее атомная масса равна 16×2=32 а.е.м. Хорошо, а теперь переводим ее в молярную массу: 32 а.е.м = 32 г/моль. Это означает, что 1 моль (6,022·10 23 молекул) O 2 имеет массу 32 грамма. Ну и в заключении по формулам выше находим количество вещества (моль) и число молекул, содержащихся в 8 граммах O 2:

n = m / M = 8г / 32г/моль = 0,25 моль
N = N A × n = 6,022·10 23 × 0,25 = 1,505·10 23 молекул

Пример 3. 1 молекула Н 2 реагирует с 1 молекулой Сl 2 , в результате чего образуются 2 молекулы газообразного хлористого водорода НСl. Какую массу газообразного хлора необходимо использовать, чтобы он полностью прореагировал с 1 килограммом (кг) газообразного водорода?

Решение: Молекулярные массы H 2 и Cl 2 равны 2,0160 и 70,906 г/моль соответственно. Следовательно, в 1000 г H 2 содержится

Даже не выясняя, сколько молекул содержится в одном моле вещества, мы можем быть уверены, что 496 моля Cl 2 содержат такое же число молекул, как и 496,0 моля, или 1000 г, H 2 . Сколько же граммов Cl 2 содержится в 496 молях этого вещества? Поскольку молекулярная масса Cl 2 равна 70,906 г/моль, то

Пример 4. Сколько молекул H 2 и Cl 2 принимает участие в реакции, описанной в примере 3?

Решение: В 496 молях любого вещества должно содержаться 496 моля × 6,022·10 23 молекул/моль, что равно 2,99· 10 26 молекул.

Чтобы наглядно показать, сколь велико число Авогадро, приведем такой пример: 1 моль кокосовых орехов каждый диаметром 14 сантиметров (см) мог бы заполнить такой объем, какой занимает наша планета Земля. Использование молей в химических расчетах рассматривается в следующей главе, но представление об этом пришлось ввести уже здесь, поскольку нам необходимо знать, как осуществляется переход от молекулярной шкалы измерения масс к лабораторной шкале.

Надеюсь урок 5 «Моль и молярная масса » был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

В химии не используют значения абсолютных масс молекул, а пользуются величиной относительная молекулярная масса. Она показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Эту величину обозначают M r .

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс входящих в нее атомов. Вычислим относительную молекулярную массу воды.

Вы знаете, что в состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода. Тогда ее относительная молекулярная масса будет равна сумме произведений относительной атомной массы каждого химического элемента на число его атомов в молекуле воды:

Зная относительные молекулярные массы газообразных веществ, можно сравнивать их плотности, т. е. вычислять относительную плотность одного газа по другому - D(А/Б). Относительная плотность газа А по газу Б равна отношению их относительных молекулярных масс:

Вычислим относительную плотность углекислого газа по водороду:

Теперь вычисляем относительную плотность углекислого газа по водороду:

D(угл. г./водор.) = M r (угл. г.) : M r (водор.) = 44:2 = 22.

Таким образом, углекислый газ в 22 раза тяжелее водорода.

Как известно, закон Авогадро применим только к газообразным веществам. Но химикам необходимо иметь представление о количестве молекул и в порциях жидких или твердых веществ. Поэтому для сопоставления числа молекул в веществах химиками была введена величина - молярная масса .

Молярная масса обозначается М , она численно равна относительной молекулярной массе.

Отношение массы вещества к его молярной массе называется количеством вещества .

Количество вещества обозначается n . Это количественная характеристика порции вещества, наряду с массой и объемом. Измеряется количество вещества в молях.

Слово «моль» происходит от слова «молекула». Число молекул в равных количествах вещества одинаково.

Экспериментально установлено, что 1 моль вещества содержит частиц (например, молекул). Это число называется числом Авогадро. А если к нему добавить единицу измерения - 1/моль, то это будет физическая величина - постоянная Авогадро, которая обозначается N А.

Молярная масса измеряется в г/моль. Физический смысл молярной массы в том, что эта масса 1 моль вещества.

В соответствии с законом Авогадро, 1 моль любого газа будет занимать один и тот же объем. Объем одного моля газа называется молярным объемом и обозначается V n .

При нормальных условиях (а это 0 °С и нормальное давление - 1 атм. или 760 мм рт. ст. или 101,3 кПа) молярный объем равен 22,4 л/моль.

Тогда количество вещества газа при н.у. можно вычислить как отношение объема газа к молярному объему.

ЗАДАЧА 1 . Какое количество вещества соответствует 180 г воды?

ЗАДАЧА 2. Вычислим объем при н.у., который займет углекислый газ количеством 6 моль.

Список литературы

Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006. (с. 29-34)
Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 27-32)
Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§§ 12, 13)
Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр.учрежд. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§ 10, 17)
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.

Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Тесты по химии (онлайн) ().

Домашнее задание

1. с.69 № 3; с.73 №№ 1, 2, 4 из учебника «Химия: 8-й класс» (П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005).

2. №№ 65, 66, 71, 72 из Сборника задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006.

Молекулярная физика изучает свойства тел, руководствуясь поведением отдельных молекул. Все видимые процессы протекают на уровне взаимодействия мельчайших частиц, то, что мы видим невооруженным глазом - лишь следствие этих тонких глубинных связей.

Вконтакте

Основные понятия

Молекулярная физика иногда рассматривается как теоретическое дополнение термодинамики. Возникшая намного раньше, термодинамика занималась изучением перехода тепла в работу, преследуя чисто практические цели. Она не производила теоретического обоснования, описывая лишь результаты опытов. Основные понятия молекулярной физики возникли позже, в XIX веке.

Она изучает взаимодействие тел на молекулярном уровне, руководствуясь статистическим методом, который определяет закономерности в хаотических движениях минимальных частиц – молекул. Молекулярная физика и термодинамика дополняют друг друга, рассматривая процессы с разных точек зрения. При этом термодинамика не касается атомарных процессов, имея дело только с макроскопическими телами, а молекулярная физика, напротив, рассматривает любой процесс именно с точки зрения взаимодействия отдельных структурных единиц.

Все понятия и процессы имеют собственные обозначения и описываются специальными формулами, которые наиболее наглядно представляют взаимодействия и зависимости тех или иных параметров друг от друга. Процессы и явления пересекаются в своих проявлениях, разные формулы могут содержать одни и те же величины и быть выражены разными способами.

Количество вещества

Количество вещества определяет взаимосвязь между (массой) и количеством молекул, которые содержит эта масса. Дело в том, что разные вещества при одинаковой массе имеют разное число минимальных частиц. Процессы, проходящие на молекулярном уровне, могут быть поняты только при рассмотрении именно числа атомных единиц, участвующих во взаимодействиях. Единица измерения количества вещества, принятая в системе СИ, - моль.

Внимание! Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Это число называется числом (или постоянной) Авогадро и равняется 6,02×1023.

Эта константа используется в случаях, когда для расчетов требуется учитывать микроскопическое строение данного вещества. Иметь дело с количеством молекул сложно, так как придется оперировать огромными числами, поэтому используется моль – число, определяющее количество частиц в единице массы.

Формула, определяющая количество вещества:

Расчет количества вещества производится в разных случаях, используется во многих формулах и является важным значением в молекулярной физике.

Давление газа

Давление газа - важная величина, имеющая не только теоретическое, но и практическое значение. Рассмотрим формулу давления газа, используемую в молекулярной физике, с пояснениями, необходимыми для лучшего понимания.

Для составления формулы придется сделать некоторые упрощения. Молекулы представляют собой сложные системы , имеющие многоступенчатое строение. Для простоты рассмотрим газовые частицы в определенном сосуде как упругие однородные шарики, не взаимодействующие друг с другом (идеальный газ).

Скорость движения минимальных частиц также будем считать одинаковой. Введя такие упрощения, не сильно меняющие истинное положение, можно вывести такое определение: давление газа - это сила, которую оказывают удары молекул газа на стенки сосудов.

При этом, учитывая трехмерность пространства и наличие двух направлений каждого измерения, можно ограничить количество структурных единиц, воздействующих на стенки, как 1/6 часть.

Таким образом, сведя воедино все эти условия и допущения, можем вывести формулу давления газа в идеальных условиях .

Формула выглядит так:

где P - давление газа;

n - концентрация молекул;

K - постоянная Больцмана (1,38×10-23);

Ek - молекул газа.

Существует еще один вариант формулы:

P = nkT,

где n - концентрация молекул;

T - абсолютная температура.

Формула объема газа

Объем газа - это пространство, которое занимает данное количество газа в определенных условиях. В отличие от твердых тел, имеющих постоянный объем, практически не зависящий от окружающих условий, газ может менять объем в зависимости от давления или температуры.

Формула объема газа – это уравнение Менделеева-Клапейрона, которое выглядит таким образом:

PV = nRT

где P - давление газа;

V - объем газа;

n - число молей газа;

R - универсальная газовая постоянная;

T - температура газа.

Путем простейших перестановок получаем формулу объема газа:

Важно! Согласно закону Авогадро равные объемы любых газов, помещенные в совершенно одинаковые условия - давление, температура - будут всегда содержать равное количество минимальных частиц.

Кристаллизация

Кристаллизация - это фазовый переход вещества из жидкого в твердое состояние, т.е. процесс, обратный плавлению. Процесс кристаллизации происходит с выделением теплоты , которую требуется отводить от вещества. Температура совпадает с точкой плавления, весь процесс описывается формулой:

Q = λm,

где Q - количество теплоты;

λ - теплота плавления;

Эта формула описывает как кристаллизацию, так и плавление, поскольку они, по сути, являются двумя сторонами одного процесса. Для того чтобы вещество кристаллизовалось, необходимо охладить его до температуры плавления , а затем отвести количество тепла, равное произведению массы на удельную теплоту плавления (λ). Во время кристаллизации температура не меняется.

Существует еще один вариант понимания этого термина - кристаллизация из перенасыщенных растворов. В этом случае причиной перехода становится не только достижение определенной температуры, но и степень насыщения раствора определенным веществом. На определенном этапе количество частиц растворенного вещества становится слишком большим, что вызывает образование мелких монокристалликов. Они присоединяют молекулы из раствора, производя послойный рост. В зависимости от условий роста кристаллы имеют различную форму.

Число молекул

Определить количество частиц, содержащееся в данной массе вещества, проще всего при помощи следующей формулы:

Отсюда выходит, что число молекул равняется:

То есть необходимо прежде всего определить количество вещества, приходящееся на определенную массу. Затем оно умножается на число Авогадро, в результате чего получаем количество структурных единиц. Для соединений подсчет ведется суммированием атомного веса компонентов. Рассмотрим простой пример:

Определим количество молекул воды в 3 граммах. Формула (H2O) содержит два атома и один . Общий атомный вес минимальной частицы воды составит: 1+1+16 = 18 г/моль.

Количество вещества в 3 граммах воды:

Число молекул:

1/6 × 6 × 1023 = 1023.

Формула массы молекулы

Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Следовательно, зная массу моля, можно разделить ее на количество молекул (число Авогадро), получив в результате массу системной единицы.

Следует учесть, что эта формула относится лишь к неорганическим молекулам. Размеры органических молекул намного больше , их величина или вес имеют совсем другие значения.

Молярная масса газа

Молярная масса - это масса в килограммах одного моля вещества . Поскольку в одном моле содержится одинаковое количество структурных единиц, формула молярной массы имеет такой вид:

M = κ × Mr

где k - коэффициент пропорциональности;

Mr - атомная масса вещества.

Молярная масса газа может быть рассчитана по уравнению Менделеева-Клапейрона:

pV = mRT / M,

из которой можно вывести:

M = mRT / pV

Таким образом, молярная масса газа прямо пропорциональна произведению массы газа на температуру и универсальную газовую постоянную и обратно пропорциональна произведению давления газа и его объема.

Внимание! Следует учесть, что молярная масса газа как элемента может отличаться от газа как вещества, например, молярная масса элемента кислорода (О) равна 16 г/моль, а масса кислорода как вещества (О2) равна 32 г/моль.

Основные положения МКТ.

Физика за 5 минут — молекулярная физика

Вывод

Формулы, которые содержат молекулярная физика и термодинамика, позволяют вычислить количественные значения всех процессов, происходящих с твердыми веществами и газами. Такие расчеты необходимы как в теоретических изысканиях, так и на практике, поскольку они способствуют решению практических задач.

Для этого нужно сложить массы всех атомов в этой молекуле.

Пример 1. В молекуле воды Н 2 О 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Атомная масса водорода = 1, а кислорода = 16. Поэтому молекулярная масса воды равна 1 + 1 + 16 = 18 атомных единиц массы, а молярная масса воды =18 г/моль.

Пример 2. В молекуле серной кислоты Н 2 SO 4 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Поэтому молекулярная масса этого вещества составит 1 2 + 32 + 4 16 = 98 а.е.м, а молярная масса - 98 г/моль.

Пример 3. В молекуле сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 2 атома алюминия, 3 атома серы и 12 атомов кислорода. Молекулярная масса этого вещества равна 27 · 2 + 32 · 3 + 16 · 12 = 342 а.е.м., а молярная масса - 342г/моль.

Моль, молярная масса

Молярная масса - это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е. М(х) = m(x)/n(x), (1)

где М(х) - молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, n(x) - количество вещества Х.

Единица СИ молярной массы - кг/моль,однако обычно используется единица г/моль. Единица массы - г, кг.

Единица СИ количества вещества - моль.

Моль - это такое количество вещества, в котором содержится 6,02·10 23 молекул этого вещества.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основные формулы:

n(x) =m(x)/ М(х)

или общую формулу: n(x) =m(x)/М(х) = V(x)/Vm = N/N A , (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), V m - молярный объем газа при н.у. (22,4 л/моль), N - число частиц, N A - постоянная Авогадро (6,02·10 23).

Пример 1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Пример 2. Определите количество вещества атомного бора,содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.

m(Na 2 B 4 O 7) = 40,4 г.

Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль.

Определяем количество вещества Na 2 B 4 O 7:

n(Na 2 B 4 O 7) = m(Na 2 B 4 O 7)/М(Na 2 B 4 O 7) = 40,4/202 = 0,2 моль.

Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия).

Тогда количество вещества атомного бора равно:

n(B)= 4 · n(Na 2 B 4 O 7) = 4 · 0,2 = 0,8 моль.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

При изучение химии и физики важную роль играют такие понятия как «атом», «относительная атомная и молярная массы химического элемента». Казалось бы, ничего нового в этой области уже давно не открывается. Однако, Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) ежегодно уточняет значения атомных масс химических элементов. За последние 20 лет были скорректированы атомные массы 36 элементов, причем 18 из них не имеют изотопов.

Принимая участие во Всероссийском очном туре олимпиады по естествознанию, нам была предложена задача следующего содержания: «Предложите способ определения молярной массы вещества в условиях школьной лаборатории».

Данное задание было чисто теоретическим и я успешно с ним справилась. Вот я и решила экспериментально, в условиях школьной лаборатории, рассчитать молярную массу вещества.

Цель:

Определить экспериментально молярную массу вещества в условиях школьной лаборатории.

Задачи:

Изучить научную литературу, в которой рассказывается о способах вычисления относительной атомной и молярной массы.

Экспериментально определить молярную массу вещества, находящихся в газообразном и твердом состояниях, с помощью физических методов.

Сделать выводы.

II. Основная часть

Основные понятия:

Относительная атомная масса - это масса химического элемента, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.). За 1 а.е.м. принята 1/12 часть массы изотопа углерода с атомным весом 12. 1 а.е.м.=1,6605655·10 -27 кг.

Относительная атомная масса - показывает во сколько раз масса данного атома химического элемента больше 1/12 массы изотопа 12 С.

Изотопы - атомы одного химического элемента, имеющие разное количество нейтронов, и одинаковое число протонов в ядре, следовательно, имеющие разные относительные атомные массы.

Молярная масса вещества — эта масса вещества, взятого в количестве 1 моль.

1 моль - это такое количество вещества, которое содержит столько же атомов (молекул), сколько их содержится в 12г углерода.

Удельная теплоемкость вещества - это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить тему массой 1кг, чтобы изменить его температуру на 1 0 С.

Теплоемкость- это произведение удельной теплоемкости вещества и его массы.

История определения атомных масс химических элементов:

Проанализировав различные источники литературы об истории определения относительных атомных масс различных химических элементов, я решил свести данные в таблицу, что достаточно удобно, т.к. в различных источниках литературы сведения даются расплывчато:

ФИО ученого, год	Вклад в изучение и определение относительных атомных масс	Примечание
Джон Дальтон	Понятно, что непосредственно взвесить атомы невозможно. Дальтон рассуждал только о «соотношении весов мельчайших частиц газообразных и других тел», то есть об относительных их массах. В качестве единицы массы Дальтон принял массу атома водорода, а для нахождения масс других атомов он использовал найденные разными исследователями процентные составы различных соединений водорода с другими элементами. Дальтон составил первую в мире таблицу относительных атомных масс некоторых элементов.
Уильям Праут (англ.)	Высказал предположение, что из самого легкого элемента - водорода путем конденсации могли возникнуть все остальные элементы. В этом случае атомные массы всех элементов должны быть кратны массе атома водорода. За единицу атомной массы он предлагал выбрать водород.	Только в последую- щие годы оказалось, что гипотеза Праута фактически подтверди- лась: все элементы действите-льно образова-лись при взрыве сверхновых звезд из ядер атомов водорода - протонов, а также нейтронов.
1819 Дюлонг П.И., А.Т.Пти:	Эмпирическое правило: произведение атомной массы на теплоемкость - величина постоянная. Правило до сих пор используется для определения относительной атомной массы некоторых веществ	Берцелиус на основании правила исправил некоторые атомные массы металлов
Стас, Ричардс	Уточнение относительной атомной массы некоторых элементов.
С. Ка-ниццаро	Определение относительной атомной массы некоторых элементов через определение известные относительные молекулярные массы летучих соединений элементов
Стас, Бельгия	Предложил изменить атомную единицу массы и выбрать в качестве нового стандарта атом кислорода. Масса атома кислорода принималась равной 16,000 единицей измерения стала 1/16 этой массы кислорода.
	Полное опровержение гипотезы Праута на основании определения соотношения масс химических элементов в некоторых соединениях
Д.И.Менделеев	Определил и исправил на основе периодической таблицы относительные атомные массы некоторых известных и еще не открытых химических элементов.
	Была утверждена так называемая кислородная шкала, где за эталон принималась масса атома кислорода
Теодор Уильям Ричардс	В начале 20 в. очень точно определил атомные массы 25 химических элементов и исправил ошибки, допущенные ранее другими химиками.
	Создан масс-спектограф для определения относительных атомных масс
	За атомную единицу массы (а.е.м.) была принята 1/12 массы изотопа углерода 12С (углеродная единица). (1 а.е.м., или 1D (дальтон), в СИ-единицах массы составляет 1,6605710-27 кг.)

Зная относительную атомную массу атома, можно определить молярную массу вещества: М= Аr·10̄ ³ кг/моль

Способы определения молекулярных масс элементов:

Атомную и молекулярную массу можно определить либо физическими, либо химическими методами. Химические методы отличаются тем, что на одном из этапов в них фигурируют не сами атомы, а их комбинации.

Физические методы:

1 способ. Закон Дюлога и Пти

В 1819 г. Дюлонг совместно с А.Т. Пти, установил закон теплоёмкости твёрдых тел, согласно которому произведение удельных теплоёмкостей простых твёрдых тел на относительную атомную массу образующих элементов есть величина приблизительно постоянная (в современных единицах измерения равная примерно Сv·Аr = 25,12 Дж/(г.К)); ныне это соотношение носит название «закон Дюлонга - Пти». Закон удельной теплоёмкости, довольно долгое время остававшийся незамеченным современниками, послужил впоследствии основой метода приближённой оценки атомных масс тяжёлых элементов. Из закона Дюлонга и Пти следует, что разделив 25,12 на удельную теплоёмкость простого вещества, легко определяемую экспериментально, можно найти приблизительное значение относительной атомной массы данного элемента. А зная относительную атомную массу элемента, можно определить молярную массу вещества.

М=Мr·10̵ ³ кг/моль

На начальном этапе развития физики и химии удельную теплоемкость элемента было легче определить, чем многие другие параметры, поэтому при помощи этого закона устанавливали приблизительные значения ОТНОСИТЕЛЬНОЙ АТОМНОЙ МАССЫ.

Значит, Ar=25,12/c

с- удельная теплоемкость вещества

Для определения удельной теплоемкости твердого тела, проведем следующий опыт:

Q1=c1m1(t-t1 ), где Q1- количество теплоты, отданное водой в результате теплообмена, с1 -удельная теплоемкость воды (табличная величина), m1 - масса воды, t -конечная температура, t 1 - начальная температура воды, Q2=c2m2(t-t2 ), где Q2- количество теплоты, полученное твердым телом в результате теплообмена, с2 -удельная теплоемкость вещества (нужно определить), m2 - масса вещества, t 2 - начальная температура исследуемого тела, т.к. уравнение теплового баланса имеет вид: Q1 + Q2 = 0 ,

тогда c2 = c1m1(t-t1) /(- m2(t-t2 ))

						c, Дж/ (кг 0 К)

Среднее значение относительной атомной массы вещества получилось

Аr = 26, 5 а.е.м.

Следовательно, молярная масс а равна М =0,0265 кг/моль .

Твердое тело- алюминиевый брусок

2 способ. Рассчитаем молярную массу воздуха.

Используя, условие равновесия системы, можно так же рассчитать молярную массу вещества, например газа, например воздуха.

Fa = Fтяж (сила Архимеда, действующая на воздушный шар уравновешивается суммарной силой тяжестью, действующей на оболочку шара, газ, находящийся в шаре, и груз, подвешенный к шару.). Конечно учитывая, что шар завис в воздухе (он не подымается и не опускается).

Fa - сила Архимеда, действующая на шарик, находящийся в воздухе

Fa =ρвg Vш

ρв - плотноть воздуха

F1 - сила тяжести, действующая на оболочку шара и газ (гелий), находящийся внутри шара

F1=mоб·g + mгел · g

F2 - сила тяжести, действующая на на груз

F2=mгр·g

Получим формулу: ρвg Vш = mоб·g + mгел · g + mгр·g (1)

Воспользуемся формулой Менделеева-Клапейрона для расчета молярной массы воздуха:

Выразим молярную массу воздуха:

В уравнение (3) подставим вместо плотности воздуха уравнение (2). Итак, мы получили формулу для расчета молярной массы воздуха:

Следовательно, чтобы найти молярную массу воздуха, нужно измерить:

1) массу груза

2) массу гелия

3) массу оболочки

4) температуру воздуха

5) давление воздуха (атмосферное давление)

6) объем шара

R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/(моль·К )

Барометр показал атмосферное давление

равное ра =96000Па

Температура воздуха в помещении:

Т=23 +273=297К

Массу груза и массу оболочки шара мы определили с помощью электронных весов:

mгр =8,02г

масса оболочки шара:

mоб = 3,15г

Объем шара мы определили двумя способами:

а) наш шарик оказался круглым. Измерив в нескольких местах длину окружности обхвата шарика, мы определили радиус шара. А затем и его объем: V=4/3·πR³

L=2πR, Lср= 85,8см= 0,858м, следовательно R=0,137м

Vш= 0,0107м³

б) налили воду в ведро до самого края, предварительно поставив его с ванночку для слива воды. Опустили полностью в воду шарик, часть воды вылилась в ванночку под ведром, измерив объем вылитой воды из ведра, мы определили объем воздушного шарика: Vводы=Vш= 0,011м³

(Ша рик на рисунке ближе находился к фотокамере, поэтому кажется большего размера)

Итак, для расчета мы взяли среднее значение объемы шарика:

Vш= 0,0109м³

Массу гелия в определим с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона, учитывая, что температура гелия равна температуре воздуха, а давление гелия внутри шарика равно атмосферному.

Молярная масса гелия 0,004 кг/моль:

mгел = 0,00169 кг

Подставив все результаты измерения в формулу (4), получим значение молярной массы воздуха:

М= 0,030 кг/моль

(табл значение молярной массы

воздуха 0,029 кг/моль)

Вывод: в школьной лаборатории можно определить физическими методами относительную атомную массу химического элемента и молярную массу вещества. Проделав данную работу, я многое узнала о способах определения относительной атомной массы. Конечно, многие способы недоступны для школьной лаборатории, но, тем не менее, даже используя элементарное оборудование, я смога экспериментально физическими способами определить относительную атомную массу химического элемента и молярную массу вещества. Следовательно, цель и задачи, поставленные в этой работе, я выполнила.

Список использованной литературы

alhimik.ru

alhimikov.net

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

Г. И. Дерябина, Г. В. Кантария. 2.2.Моль,молярная масса. Органическая химия: вебучебник.

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

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

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью