Mga formula para sa pagkalkula ng masa ng isang molekula, isang halimbawa ng problema

2024 May -akda: Angel Austin | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 05:44

Alam ng bawat tao na ang mga katawan sa paligid natin ay binubuo ng mga atomo at molekula. Mayroon silang iba't ibang mga hugis at istraktura. Kapag nilulutas ang mga problema sa kimika at pisika, madalas na kinakailangan upang mahanap ang masa ng isang molekula. Isaalang-alang sa artikulong ito ang ilang teoretikal na pamamaraan para sa paglutas ng problemang ito.

Pangkalahatang impormasyon

Bago isaalang-alang kung paano hanapin ang masa ng isang molekula, dapat mong pamilyar sa mismong konsepto. Narito ang ilang halimbawa.

Ang isang molekula ay karaniwang tinatawag na isang hanay ng mga atomo na pinagsama sa isa't isa ng isa o ibang uri ng chemical bond. Gayundin, dapat at maaaring isaalang-alang ang mga ito bilang kabuuan sa iba't ibang prosesong pisikal at kemikal. Ang mga bond na ito ay maaaring ionic, covalent, metallic, o van der Waals.

Ang kilalang molekula ng tubig ay may chemical formula H₂O. Ang oxygen atom sa loob nito ay konektado sa pamamagitan ng mga polar covalent bond na may dalawang hydrogen atoms. Tinutukoy ng istrukturang ito ang marami sa mga pisikal at kemikal na katangian ng likidong tubig, yelo at singaw.

Natural gas methane ay isa pang maliwanag na kinatawan ng molecular substance. Nabubuo ang mga particle nitoisang carbon atom at apat na hydrogen atoms (CH₄). Sa kalawakan, ang mga molekula ay may hugis ng isang tetrahedron na may carbon sa gitna.

Ang

Ang hangin ay isang kumplikadong halo ng mga gas, na pangunahing binubuo ng mga molekula ng oxygen O₂ at nitrogen N₂. Ang parehong mga uri ay konektado sa pamamagitan ng malakas na double at triple covalent non-polar bond, na ginagawang napaka-chemically inert.

Pagtukoy sa masa ng isang molekula sa pamamagitan ng molar mass nito

Ang periodic table ng mga elemento ng kemikal ay naglalaman ng malaking halaga ng impormasyon, kung saan mayroong mga atomic mass units (amu). Halimbawa, ang isang hydrogen atom ay may amu na 1, at isang oxygen atom na 16. Ang bawat isa sa mga numerong ito ay nagpapahiwatig ng masa sa gramo na magkakaroon ng isang sistemang naglalaman ng 1 mole ng mga atom ng katumbas na elemento. Alalahanin na ang yunit ng pagsukat ng dami ng substance 1 mole ay ang bilang ng mga particle sa system, na tumutugma sa Avogadro number N_A, ito ay katumbas ng 6.0210 ²³.

Kapag isinasaalang-alang ang isang molekula, ginagamit nila ang konsepto hindi ng amu, ngunit ng molekular na timbang. Ang huli ay isang simpleng kabuuan ng a.m.u. para sa mga atomo na bumubuo sa molekula. Halimbawa, ang molar mass para sa H₂O ay magiging 18 g/mol, at para sa O₂ 32 g/mol. Sa pagkakaroon ng pangkalahatang konsepto, pagkatapos ay maaari kang magpatuloy sa mga kalkulasyon.

Ang molar mass M ay madaling gamitin upang kalkulahin ang masa ng isang molekula m₁. Upang gawin ito, gumamit ng simpleng formula:

m₁=M/N_A.

Sa ilang gawainang masa ng sistema m at ang dami ng bagay sa loob nito n ay maaaring ibigay. Sa kasong ito, ang masa ng isang molekula ay kinakalkula tulad ng sumusunod:

m₁=m/(nN_A).

Ideal na gas

Ang konseptong ito ay tinatawag na tulad ng isang gas, ang mga molekula na random na gumagalaw sa iba't ibang direksyon sa mataas na bilis, ay hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang mga distansya sa pagitan nila ay higit na lumampas sa kanilang sariling mga sukat. Para sa gayong modelo, totoo ang sumusunod na expression:

PV=nRT.

Tinatawag itong batas ng Mendeleev-Clapeyron. Tulad ng makikita mo, ang equation ay nauugnay sa presyon P, ang dami ng V, ang ganap na temperatura T at ang halaga ng sangkap n. Sa formula, ang R ay ang gas constant, ayon sa bilang na katumbas ng 8.314. Ang nakasulat na batas ay tinatawag na unibersal dahil hindi ito nakadepende sa kemikal na komposisyon ng system.

Kung alam ang tatlong thermodynamic parameter - T, P, V at ang halaga m ng system, kung gayon ang masa ng isang perpektong molekula ng gas m₁ay hindi mahirap matukoy sa pamamagitan ng sumusunod na formula:

m₁=mRT/(N_APV).

Maaari ding isulat ang expression na ito sa mga tuntunin ng gas density ρ at Boltzmann constant k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Halimbawang problema

Alam na ang density ng ilang gas ay 1.225 kg/m³sa atmospheric pressure 101325 Pa at temperatura 15 ^oC. Ano ang masa ng isang molekula? Anong gas ang sinasabi mo?

Dahil binibigyan tayo ng pressure, density at temperaturasystem, pagkatapos ay maaari mong gamitin ang formula na nakuha sa nakaraang talata upang matukoy ang masa ng isang molekula. Mayroon kaming:

m₁=ρk_BT/P;

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

Upang masagot ang pangalawang tanong ng problema, hanapin natin ang molar mass M ng gas:

M=m₁N_A;

M=4.80710^-266.0210²³=0.029 kg/mol.

Ang nakuhang halaga ng molar mass ay tumutugma sa gas air.