Кожній людині відомо, що оточують нас тіла складаються з атомів і молекул. Вони мають різну форму і структуру. При вирішенні задач з хімії та фізики часто потрібно знайти масу молекули. Розглянемо в даній статті кілька теоретичних методів вирішення даної задачі.

Загальні відомості

Перш ніж розглядати, як знайти масу молекули, слід познайомитися з самим поняттям. Далі наведемо кілька прикладів. Молекулою прийнято називати сукупність атомів, які об'єднані між собою тим чи іншим видом хімічного зв'язку. Також вони повинні і можуть розглядатися як єдине ціле в різних фізико-хімічних процесах. Ці зв'язки можуть носити іонний, ковалентный, металевий або вандерваальсовский характер.


Всім відома молекула води має хімічну формулу H 2 O. Атом кисню в ній з'єднаний з допомогою ковалентних полярних зв'язків із двома атомами водню. Така будова обумовлює багато фізичні і хімічні властивості рідкої води, льоду і пари. Природний газ метан - це ще один яскравий представник молекулярного речовини. Його частинки утворені атомом вуглецю і чотирма атомами водню (CH 4 ). У просторі молекули мають форму тетраедра з вуглецем в центрі. Повітря - складна суміш газів, яка головним чином складається з молекул кисню O 2 і азоту N 2 . Обидва типи з'єднані міцними подвійними і потрійними ковалентными неполярними зв'язками, що зумовлює їх високу хімічну інертність.

Визначення маси молекули через її молярную масу

У періодичній таблиці хімічних елементів міститься велика кількість інформації, серед якої є атомні одиниці маси (а.е.м.). Наприклад, атом водню має а.е.м., дорівнює 1 а атом кисню - 16. Кожна з цих цифр показує масу в грамах, яку буде мати система, що містить 1 моль атомів відповідного елемента. Нагадаємо, що одиниця виміру кількості речовини 1 моль являє собою кількість частинок в системі, відповідне числу Авогадро N A , воно дорівнює 602*10 23 .


Коли розглядають молекулу, то користуються поняттям не а.е.м., а молекулярною масою. Остання являє собою просту суму а.е.м. для атомів, що входять до складу молекули. Наприклад, молярна маса для H 2 O буде дорівнює 18 г/моль, а для O 2 - 32 г/моль. Маючи загальне поняття, далі можна перейти до розрахунків. Молярную масу M просто використовувати для обчислення маси молекули m 1 . Для цього слід скористатися простою формулою: m 1 = M/N A . У деяких завданнях може бути дана маса системи m і кількість речовини в ній n. В такому випадку маса однієї молекули обчислюється так: m 1 = m/(n*N A ).

Ідеальний газ

Цим поняттям називається такий газ, молекули якого хаотично рухаються в різних напрямках з великими швидкостями, одна з одною не взаємодіють. Відстані між ними набагато перевищують їх власні розміри. Для такої моделі виявляється справедливим наступне вираз: P*V = n*R*T. Воно носить назву закону Менделєєва-Клапейрона. Як видно, рівняння пов'язує між собою тиск Р, об'єм V, абсолютну температуру T і кількість речовини n. У формулі R - газова константа, чисельно рівна 8314. Записаний закон називається універсальним, тому що він не залежить від хімічного складу системи.
Якщо відомі три термодинамічних параметру - T, P, V і значення m системи, то маса молекули ідеального газу m 1 не складно визначити по наступній формулі: m 1 = m*R*T/(N A *P*V). Цей вираз можна записати через щільність ? газу та постійну Больцмана k B : m 1 = ?*k B *T/P.

Приклад завдання

Відомо, що густина деякого газу становить 1225 кг/м 3 при атмосферному тиску 101325 Па і температурі 15 o C. Чому дорівнює маса молекули? Про який газ йде мова? Оскільки нам дано тиск, щільність і температура системи, то можна скористатися отриманої в попередньому пункті формулою, щоб визначити масу однієї молекули. Маємо: m 1 = ?*k B *T/P; m 1 = 1225*138*10 -23 *28815/101325 = 4807*10 -26 кг. Щоб відповісти на друге запитання задачі, знайдемо молярную масу M газу: M = m 1 *N A ; M = 4807*10 -26 *602*10 23 = 0029 кг/моль. Отримане значення молярної маси газу відповідає повітрю.