EntrataScopri la massa molare della sostanza. Massa molare, calcolo utilizzando la formula della sostanza
La massa molare è una quantità che si trova più spesso nei calcoli nella pratica chimica. Denota la massa di una quantità di sostanza.
- La formula di una molecola di una sostanza, che indica il numero di atomi degli elementi inclusi nella molecola.
- Il peso atomico di ciascuno degli elementi che compongono la molecola. Lo si trova nella tavola del sistema periodico degli elementi di Mendeleev, che lo ha già calcolato per noi.
Sommiamo i risultati ottenuti per ottenere la massa totale della molecola.
Moltiplichiamo la massa risultante della molecola per 1 g/mol per ottenere la massa molare. 1 g/mol è una costante di massa molare e indica la massa di una mole di una sostanza.
Poiché l'algoritmo per il calcolo della massa molare è molto semplice, se hai Internet a portata di mano, puoi utilizzare un calcolatore online per formule semplici.
Per formule più serie, come CO2H.N:N.CO2H, per aumentare l'affidabilità, vale la pena eseguire i calcoli da soli, senza fidarsi degli sviluppatori di calcolatrici.
Nella chimica pratica e teorica esistono due concetti che hanno importanza pratica: molecolare (spesso viene sostituito dal concetto di peso molecolare, che non è corretto) e massa molare. Entrambe queste quantità dipendono dalla composizione di una sostanza semplice o complessa.
Come determinare o molecolare? Entrambe queste quantità fisiche non possono (o quasi non possono) essere trovate mediante misurazione diretta, ad esempio pesando una sostanza su una bilancia. Vengono calcolati in base alla formula chimica del composto e alle masse atomiche di tutti gli elementi. Queste quantità sono numericamente uguali, ma differiscono nella dimensione. espresso in unità di massa atomica, che sono una quantità convenzionale e sono designate a. e.m., così come un altro nome: "dalton". Le unità di massa molare sono espresse in g/mol.
Le masse molecolari delle sostanze semplici, le cui molecole sono costituite da un atomo, sono uguali alle loro masse atomiche, che sono indicate nella tavola periodica di Mendeleev. Ad esempio, per:
- sodio (Na) - 22,99 a. em;
- ferro (Fe) - 55,85 a. em;
- zolfo (S) - 32.064 a. em;
- Argon (Ar) - 39.948 a. em;
- potassio (K) - 39.102 a. e.m.
Inoltre, i pesi molecolari delle sostanze semplici, le cui molecole sono costituite da diversi atomi di un elemento chimico, sono calcolati come il prodotto della massa atomica dell'elemento per il numero di atomi nella molecola. Ad esempio, per:
- ossigeno (O2) - 16. 2 = 32 a. em;
- azoto (N2) - 14,2 = 28 a. em;
- cloro (Cl2) - 35. 2 = 70 a. em;
- ozono (O3) - 16. 3 = 48 a. e.m.
Le masse molecolari si calcolano sommando il prodotto della massa atomica e il numero di atomi di ciascun elemento compreso nella molecola. Ad esempio, per:
- (HCl) - 2 + 35 = 37 a. em;
- (CO) - 12 + 16 = 28 a. em;
- anidride carbonica (CO2) - 12 + 16. 2 = 44 a. e.m.
Ma come trovare la massa molare delle sostanze?
Questo non è difficile da fare, poiché è la massa di una quantità unitaria di una particolare sostanza, espressa in moli. Cioè, se la massa molecolare calcolata di ciascuna sostanza viene moltiplicata per un valore costante pari a 1 g/mol, si otterrà la sua massa molare. Ad esempio, come si trova la massa molare (CO2)? Ne consegue (12 + 16,2).1 g/mol = 44 g/mol, cioè MCO2 = 44 g/mol. Per le sostanze semplici, molecole che contengono un solo atomo dell'elemento, questo indicatore, espresso in g/mol, coincide numericamente con la massa atomica dell'elemento. Ad esempio, per lo zolfo MS = 32,064 g/mol. Come trovare la massa molare di una sostanza semplice, la cui molecola è composta da diversi atomi, può essere considerata usando l'esempio dell'ossigeno: MO2 = 16. 2 = 32 g/mol.
Qui sono stati forniti esempi per specifiche sostanze semplici o complesse. Ma è possibile e come trovare la massa molare di un prodotto composto da più componenti? Come la massa molecolare, la massa molare di una miscela multicomponente è una quantità additiva. È la somma dei prodotti della massa molare del componente e della sua quota nella miscela: M = ∑Mi. Xi, cioè è possibile calcolare sia la massa molecolare media che quella molare media.
Prendendo l'esempio dell'aria, che contiene circa il 75,5% di azoto, il 23,15% di ossigeno, l'1,29% di argon e lo 0,046% di anidride carbonica (le restanti impurità, contenute in quantità minori, possono essere trascurate): Mair = 28. 0,755 + 32. 0,2315 + 40 . 0,129 + 44 . 0,00046 = 29,08424 g/mol ≈ 29 g/mol.
Come trovare la massa molare di una sostanza se l'accuratezza della determinazione delle masse atomiche indicate nella tavola periodica è diversa? Per alcuni elementi è indicato con una precisione di decimi, per altri con una precisione di centesimi, per altri - per millesimi e per elementi come il radon - per quelli interi, per il manganese - per decimillesimi.
Quando si calcola la massa molare, non ha senso eseguire calcoli con una precisione maggiore di quella del decimo, poiché hanno applicazioni pratiche quando la purezza delle sostanze chimiche o dei reagenti stessi introduce un errore significativo. Tutti questi calcoli sono approssimativi. Ma laddove i chimici richiedono maggiore precisione, vengono apportate le opportune correzioni utilizzando determinate procedure: viene stabilito il titolo della soluzione, vengono effettuate calibrazioni utilizzando campioni standard, ecc.
Una delle unità di base del Sistema Internazionale di Unità (SI) è L'unità di quantità di una sostanza è la mole.
Neo – è la quantità di una sostanza che contiene tante unità strutturali di una determinata sostanza (molecole, atomi, ioni, ecc.) quanti sono gli atomi di carbonio contenuti in 0,012 kg (12 g) di un isotopo di carbonio 12 CON .
Considerando che il valore della massa atomica assoluta del carbonio è pari a M(C) = 1,99 10 26 kg, il numero di atomi di carbonio può essere calcolato N UN, contenuto in 0,012 kg di carbonio.
Una mole di qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle di questa sostanza (unità strutturali). Il numero di unità strutturali contenute in una sostanza con una quantità di una mole è 6,02 10 23 e viene chiamato Numero di Avogadro (N UN ).
Ad esempio, una mole di rame contiene 6,02 10 23 atomi di rame (Cu) e una mole di idrogeno (H 2) contiene 6,02 10 23 molecole di idrogeno.
Massa molare(M) è la massa di una sostanza presa in una quantità di 1 mole.
La massa molare è indicata con la lettera M e ha la dimensione [g/mol]. In fisica si usa l'unità [kg/kmol].
Nel caso generale, il valore numerico della massa molare di una sostanza coincide numericamente con il valore della sua massa molecolare relativa (atomica relativa).
Ad esempio, il peso molecolare relativo dell’acqua è:
Мr(Н 2 О) = 2Аr (Н) + Аr (O) = 2∙1 + 16 = 18 a.m.u.
La massa molare dell'acqua ha lo stesso valore, ma è espressa in g/mol:
M (H2O) = 18 g/mol.
Pertanto, una mole d'acqua contenente 6,02 10 23 molecole d'acqua (rispettivamente 2 6,02 10 23 atomi di idrogeno e 6,02 10 23 atomi di ossigeno) ha una massa di 18 grammi. L'acqua, con una quantità di sostanza pari a 1 mole, contiene 2 moli di atomi di idrogeno e una mole di atomi di ossigeno.
1.3.4. Il rapporto tra la massa di una sostanza e la sua quantità
Conoscendo la massa di una sostanza e la sua formula chimica, e quindi il valore della sua massa molare, si può determinare la quantità della sostanza e, viceversa, conoscendo la quantità della sostanza, si può determinarne la massa. Per tali calcoli dovresti usare le formule:
dove ν è la quantità di sostanza, [mol]; M– massa della sostanza, [g] o [kg]; M – massa molare della sostanza, [g/mol] o [kg/kmol].
Ad esempio, per trovare la massa di solfato di sodio (Na 2 SO 4) in una quantità di 5 moli, troviamo:
1) il valore della massa molecolare relativa di Na 2 SO 4, che è la somma dei valori arrotondati delle relative masse atomiche:
Мr(Na 2 SO 4) = 2Аr(Na) + Аr(S) + 4Аr(O) = 142,
2) un valore numericamente uguale della massa molare della sostanza:
M(Na2SO4) = 142 g/mol,
3) e, infine, la massa di 5 mol di solfato di sodio:
m = ν M = 5 mol · 142 g/mol = 710 g.
Risposta: 710.
1.3.5. Rapporto tra il volume di una sostanza e la sua quantità
In condizioni normali (n.s.), cioè a pressione R , pari a 101325 Pa (760 mm Hg), e temperatura T, pari a 273,15 K (0 С), una mole di gas e vapori diversi occupa lo stesso volume pari a 22,4 l.
Viene chiamato il volume occupato da 1 mole di gas o vapore a livello del suolo volume molaregas e ha la dimensione di un litro per mole.
Vmol = 22,4 l/mol.
Conoscendo la quantità di sostanza gassosa (ν ) E valore del volume molare (V mol) puoi calcolarne il volume (V) in condizioni normali:
V = νVmol,
dove ν è la quantità di sostanza [mol]; V – volume della sostanza gassosa [l]; Vmol = 22,4 l/mol.
E, viceversa, conoscendo il volume ( V) di una sostanza gassosa in condizioni normali, è possibile calcolarne la quantità (ν). :
Qualsiasi sostanza è costituita da particelle di una determinata struttura (molecole o atomi). La massa molare di un composto semplice si calcola secondo la tavola periodica degli elementi D.I. Mendeleev. Se è necessario trovare questo parametro per una sostanza complessa, allora il calcolo risulta lungo, e in questo caso il dato viene cercato in un libro di consultazione o in un catalogo chimico, in particolare Sigma-Aldrich.
Il concetto di massa molare
La massa molare (M) è il peso di una mole di una sostanza. Questo parametro per ciascun atomo si trova nella tavola periodica degli elementi; si trova direttamente sotto il nome. Quando si calcola la massa dei composti, la cifra viene solitamente arrotondata all'intero o al decimo più vicino. Per comprendere appieno da dove deriva questo significato è necessario comprendere il concetto di “talpa”. È la quantità di una sostanza contenente un numero di particelle di quest'ultima pari a 12 g dell'isotopo stabile del carbonio (12 C). Gli atomi e le molecole delle sostanze variano di dimensioni in un ampio intervallo, mentre il loro numero in una mole è costante, ma la massa aumenta e, di conseguenza, il volume.
Il concetto di “massa molare” è strettamente correlato al numero di Avogadro (6,02 x 10 23 mol -1). Questa cifra indica un numero costante di unità (atomi, molecole) di una sostanza in 1 mole.
Importanza della massa molare per la chimica
Le sostanze chimiche entrano in varie reazioni tra loro. In genere, l'equazione per qualsiasi interazione chimica specifica quante molecole o atomi sono coinvolti. Tali designazioni sono chiamate coefficienti stechiometrici. Di solito sono indicati prima della formula. Pertanto, le caratteristiche quantitative delle reazioni si basano sulla quantità di sostanza e sulla massa molare. Riflettono chiaramente l'interazione di atomi e molecole tra loro.
Calcolo della massa molare
La composizione atomica di qualsiasi sostanza o miscela di componenti di una struttura nota può essere visualizzata utilizzando la tavola periodica degli elementi. I composti inorganici, di regola, sono scritti con una formula grossolana, cioè senza designare la struttura, ma solo il numero di atomi nella molecola. Le sostanze organiche sono designate allo stesso modo per il calcolo della massa molare. Ad esempio, il benzene (C 6 H 6).
Come si calcola la massa molare? La formula include il tipo e il numero di atomi nella molecola. Secondo la tabella D.I. Mendeleev, vengono controllate le masse molari degli elementi e ogni cifra viene moltiplicata per il numero di atomi nella formula.
In base al peso molecolare e al tipo di atomi, puoi calcolare il loro numero nella molecola e creare una formula per il composto.
Massa molare degli elementi
Spesso, per eseguire reazioni, calcoli in chimica analitica e disporre i coefficienti nelle equazioni, è richiesta la conoscenza della massa molecolare degli elementi. Se la molecola contiene un atomo, questo valore sarà uguale a quello della sostanza. Se sono presenti due o più elementi, la massa molare viene moltiplicata per il loro numero.
Il valore della massa molare nel calcolo delle concentrazioni
Questo parametro viene utilizzato per ricalcolare quasi tutti i metodi di espressione delle concentrazioni di sostanze. Ad esempio, spesso si verificano situazioni nel determinare la frazione di massa in base alla quantità di una sostanza in una soluzione. L'ultimo parametro è espresso nell'unità di misura mol/litro. Per determinare il peso richiesto, la quantità di sostanza viene moltiplicata per la massa molare. Il valore risultante viene ridotto di 10 volte.
La massa molare viene utilizzata per calcolare la normalità di una sostanza. Questo parametro viene utilizzato in chimica analitica per eseguire metodi di titolazione e analisi gravimetrica quando è necessario effettuare una reazione con precisione.
Misurazione della massa molare
Il primo esperimento storico fu quello di misurare la densità dei gas rispetto all'idrogeno. Sono stati condotti ulteriori studi sulle proprietà colligative. Questi includono, ad esempio, la pressione osmotica, che determina la differenza di ebollizione o congelamento tra una soluzione e un solvente puro. Questi parametri sono direttamente correlati al numero di particelle di materia nel sistema.
Talvolta la misurazione della massa molare viene effettuata su una sostanza di composizione sconosciuta. In precedenza veniva utilizzato un metodo come la distillazione isotermica. La sua essenza è posizionare una soluzione di una sostanza in una camera satura di vapore di solvente. In queste condizioni si verifica la condensazione del vapore e la temperatura della miscela aumenta, raggiunge l'equilibrio e inizia a diminuire. Il calore rilasciato dall'evaporazione viene calcolato dalla variazione della velocità di riscaldamento e raffreddamento della soluzione.
Il principale metodo moderno per misurare la massa molare è la spettrometria di massa. Questo è il modo principale per identificare miscele di sostanze. Con l'aiuto di strumenti moderni, questo processo avviene automaticamente, solo inizialmente è necessario selezionare le condizioni per la separazione dei composti nel campione. Il metodo della spettrometria di massa si basa sulla ionizzazione di una sostanza. Di conseguenza, si formano vari frammenti carichi del composto. Lo spettro di massa indica il rapporto tra massa e carica degli ioni.
Determinazione della massa molare per i gas
La massa molare di qualsiasi gas o vapore viene semplicemente misurata. È sufficiente usare il controllo. Lo stesso volume di una sostanza gassosa è uguale in quantità ad un'altra alla stessa temperatura. Un modo ben noto per misurare il volume del vapore è determinare la quantità di aria spostata. Questo processo viene eseguito utilizzando un ramo laterale che porta ad un dispositivo di misurazione.
Usi pratici della massa molare
Pertanto, il concetto di massa molare è utilizzato ovunque in chimica. Per descrivere il processo, creare complessi polimerici e altre reazioni, è necessario calcolare questo parametro. Un punto importante è determinare la concentrazione del principio attivo nella sostanza farmaceutica. Ad esempio, le proprietà fisiologiche di un nuovo composto vengono studiate utilizzando la coltura cellulare. Inoltre, la massa molare è importante quando si conducono studi biochimici. Ad esempio, quando si studia la partecipazione di un elemento ai processi metabolici. Ora è nota la struttura di molti enzimi ed è quindi possibile calcolare il loro peso molecolare, che viene misurato principalmente in kilodalton (kDa). Oggi sono noti i pesi molecolari di quasi tutti i componenti del sangue umano, in particolare dell'emoglobina. Massa molecolare e massa molare di una sostanza in alcuni casi sono sinonimi. Le loro differenze risiedono nel fatto che l'ultimo parametro è la media di tutti gli isotopi dell'atomo.
Qualsiasi esperimento microbiologico volto a determinare con precisione l'effetto di una sostanza su un sistema enzimatico viene effettuato utilizzando concentrazioni molari. Ad esempio, nella biocatalisi e in altri settori in cui è necessario lo studio dell'attività enzimatica, vengono utilizzati concetti come induttori e inibitori. Per regolare l'attività enzimatica a livello biochimico, è necessaria la ricerca utilizzando le masse molari. Questo parametro si è affermato saldamente nei campi delle scienze naturali e ingegneristiche come la fisica, la chimica, la biochimica e la biotecnologia. I processi così caratterizzati diventano più comprensibili dal punto di vista dei meccanismi e della determinazione dei loro parametri. Il passaggio dalla scienza fondamentale a quella applicata non è completo senza un indicatore di massa molare, partendo da soluzioni fisiologiche, sistemi tampone e terminando con la determinazione dei dosaggi di sostanze farmaceutiche per l'organismo.
Per fare ciò, devi sommare le masse di tutti gli atomi di questa molecola.
Esempio 1. In una molecola d'acqua H 2 O ci sono 2 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno. Massa atomica dell'idrogeno = 1 e dell'ossigeno = 16. Pertanto, la massa molecolare dell'acqua è 1 + 1 + 16 = 18 unità di massa atomica e la massa molare dell'acqua = 18 g/mol.
Esempio 2. In una molecola di acido solforico H 2 SO 4 ci sono 2 atomi di idrogeno, 1 atomo di zolfo e 4 atomi di ossigeno. Pertanto, la massa molecolare di questa sostanza sarà 1 2 + 32 + 4 16 = 98 amu e la massa molare sarà 98 g/mol.
Esempio 3. Nella molecola del solfato di alluminio Al 2 (SO 4) 3 ci sono 2 atomi di alluminio, 3 atomi di zolfo e 12 atomi di ossigeno. La massa molecolare di questa sostanza è 27 · 2 + 32 · 3 + 16 · 12 = 342 amu e la massa molare è 342 g/mol.
Talpa, massa molare
La massa molare è il rapporto tra la massa di una sostanza e la quantità di sostanza, cioè M(x) = m(x)/n(x), (1)
dove M(x) è la massa molare della sostanza X, m(x) è la massa della sostanza X, n(x) è la quantità di sostanza X.
L'unità SI per la massa molare è kg/mol, ma l'unità comunemente usata è g/mol. Unità di massa - g, kg.
L'unità SI per la quantità di una sostanza è la mole.
Una mole è la quantità di una sostanza che contiene 6.02·10 23 molecole di questa sostanza.
Qualsiasi problema in chimica viene risolto attraverso la quantità di una sostanza. È necessario ricordare le formule di base:
n(x) =m(x)/ M(x)
oppure la formula generale: n(x) =m(x)/M(x) = V(x)/Vm = N/N A, (2)
dove V(x) è il volume della sostanza X(l), V m è il volume molare del gas a livello zero. (22,4 l/mol), N è il numero di particelle, N A è la costante di Avogadro (6,02·10 23).
Esempio 1. Determinare la massa di ioduro di sodio NaI con una quantità di sostanza di 0,6 mol.
Esempio 2. Determinare la quantità di boro atomico contenuto nel tetraborato di sodio Na 2 B 4 O 7 del peso di 40,4 g.
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m(Na2B4O7) = 40,4 g. |
La massa molare del tetraborato di sodio è 202 g/mol. Determinare la quantità di sostanza Na 2 B 4 O 7: n(Na2B4O7) = m(Na2B4O7)/M(Na2B4O7) = 40,4/202 = 0,2 mol. Ricordiamo che 1 mole di molecola di tetraborato di sodio contiene 2 moli di atomi di sodio, 4 moli di atomi di boro e 7 moli di atomi di ossigeno (vedere la formula del tetraborato di sodio). Quindi la quantità di sostanza atomica di boro è uguale a: n(B)= 4 n(Na 2 B 4 O 7) = 4 0,2 = 0,8 mol. |