Vzorce pro výpočet hmotnosti molekuly, příklad problému

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Každý člověk ví, že těla kolem nás se skládají z atomů a molekul. Mají různé tvary a struktury. Při řešení úloh v chemii a fyzice je často nutné najít hmotnost molekuly. Zvažte v tomto článku několik teoretických metod řešení tohoto problému.

Obecné informace

Než začnete přemýšlet o tom, jak zjistit hmotnost molekuly, měli byste se seznámit s pojmem samotným. Zde je několik příkladů.

Molekula se obvykle nazývá soubor atomů, které jsou navzájem spojeny jedním nebo druhým typem chemické vazby. Také by měly a mohou být brány jako celek v různých fyzikálních a chemických procesech. Tyto vazby mohou být iontové, kovalentní, kovové nebo van der Waalsovy.

Známá molekula vody má chemický vzorec H₂O. Atom kyslíku v něm je spojen pomocí polárních kovalentních vazeb se dvěma atomy vodíku. Tato struktura určuje mnoho fyzikálních a chemických vlastností kapalné vody, ledu a páry.

Zemní plyn metan je dalším jasným představitelem molekulární látky. Vznikají jeho částiceatom uhlíku a čtyři atomy vodíku (CH₄). Ve vesmíru mají molekuly tvar čtyřstěnu s uhlíkem uprostřed.

Vzduch je složitá směs plynů, která se skládá hlavně z molekul kyslíku O₂ a dusíku N₂. Oba typy jsou spojeny silnými dvojnými a trojitými kovalentními nepolárními vazbami, což je činí vysoce chemicky inertními.

Určení hmotnosti molekuly pomocí její molární hmotnosti

Periodická tabulka chemických prvků obsahuje velké množství informací, mezi nimiž jsou jednotky atomové hmotnosti (amu). Například atom vodíku má amu 1 a atom kyslíku 16. Každé z těchto čísel udává hmotnost v gramech, kterou bude mít systém obsahující 1 mol atomů odpovídajícího prvku. Připomeňme, že měrnou jednotkou množství látky 1 mol je počet částic v systému, což odpovídá Avogadrově číslu N_A, rovná se 6,0210 ²³.

Při zvažování molekuly nepoužívají pojem amu, ale molekulovou hmotnost. To druhé je prostý součet a.m.u. pro atomy, které tvoří molekulu. Například molární hmotnost pro H₂O by byla 18 g/mol a pro O₂ 32 g/mol. Máte-li obecný koncept, můžete přistoupit k výpočtům.

Molární hmotnost M se snadno používá k výpočtu hmotnosti molekuly m₁. Chcete-li to provést, použijte jednoduchý vzorec:

m₁=M/N_A.

V některých úkolechlze udat hmotnost soustavy m a množství hmoty v ní n. V tomto případě se hmotnost jedné molekuly vypočítá následovně:

m₁=m/(nN_A).

Ideální plyn

Tento koncept se nazývá takový plyn, jehož molekuly se náhodně pohybují různými směry vysokou rychlostí, vzájemně neinteragují. Vzdálenosti mezi nimi daleko přesahují jejich vlastní velikosti. Pro takový model platí následující výraz:

PV=nRT.

Nazývá se to Mendělejev-Clapeyronův zákon. Jak vidíte, rovnice dává do souvislosti tlak P, objem V, absolutní teplotu T a látkové množství n. Ve vzorci je R plynová konstanta, číselně rovna 8,314. Psaný zákon se nazývá univerzální, protože nezávisí na chemickém složení systému.

Pokud jsou známy tři termodynamické parametry - T, P, V a hodnota m systému, pak hmotnost ideální molekuly plynu m₁ není těžké určit podle následujícího vzorce:

m₁=mRT/(N_APV).

Tento výraz lze také napsat jako hustotu plynu ρ a Boltzmannovu konstantu k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Příklad problému

Je známo, že hustota některých plynů je 1,225 kg/m³při atmosférickém tlaku 101325 Pa a teplotě 15 ^oC. Jaká je hmotnost molekuly? O jakém plynu to mluvíš?

Protože máme daný tlak, hustotu a teplotusystému, pak můžete použít vzorec získaný v předchozím odstavci k určení hmotnosti jedné molekuly. Máme:

m₁=ρk_BT/P;

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

Abychom odpověděli na druhou otázku problému, najdeme molární hmotnost M plynu:

M=m₁N_A;

M=4,80710^-266,0210²³=0,029 kg/mol.

Získaná hodnota molární hmotnosti odpovídá plynu vzduchu.