Atom kütlesini hesaplayın. kimyasal formüller
Herhangi bir kimyasal elementin temel özelliklerinden biri, onun göreli olmasıdır. atom kütlesi.
(Atomik kütle birimi, kütlesi 12 amu olarak alınan bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sidir ve1,66 10 24 G.
Elementlerin atom kütlelerini bir amu ile karşılaştırarak, bağıl atom kütlesinin (Ar) sayısal değerleri bulunur.
Bir elementin bağıl atom kütlesi, atomunun kütlesinin bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kez daha büyük olduğunu gösterir.
Örneğin oksijen için Ar (O) = 15.9994 ve hidrojen için Ar (H) = 1.0079.
Basit moleküller için ve karmaşık maddeler tanımlamak bağıl moleküler ağırlık molekülü oluşturan tüm atomların atom kütlelerinin toplamına sayısal olarak eşittir. Örneğin, suyun moleküler ağırlığı H2O
Mg (H2O) = 2 1.0079 + 1 15.9994 = 18.0153.
Avogadro yasası
Kimyada, kütle ve hacim birimleriyle birlikte, mol adı verilen bir maddenin miktar birimi kullanılır.
! KÖSTEBEK (v) - 0.012 kg (12 g) karbon izotopu "C" içinde bulunan atomlar kadar yapısal birim (moleküller, atomlar, iyonlar) içeren bir maddenin miktarını ölçmek için bir birim.
Bu, herhangi bir maddenin 1 molünün aynı sayıda yapısal birim içerdiği anlamına gelir. 6,02 10 23 . Bu değer denir Avogadro sabiti(tanımlama nA, boyut 1 / mol).
1811'de İtalyan bilim adamı Amadeo Avogadro, daha sonra deneysel verilerle doğrulanan ve daha sonra adını alan bir hipotez ortaya koydu. Avogadro yasası. Tüm gazların eşit olarak sıkıştırıldığına (Boyle-Mariotte yasası) ve aynı termal genleşme katsayılarına (Gay-Lussac yasası) sahip olduğuna dikkat çekti. Bu konuda şunları önerdi:
Aynı koşullar altında eşit hacimde farklı gazlar aynı sayıda molekül içerir.
Aynı koşullar altında (genellikle normal koşullardan bahsederler: mutlak basınç 1013 milibardır ve sıcaklık 0 ° C'dir), moleküller arasındaki mesafe tüm gazlar için aynıdır ve moleküllerin hacmi ihmal edilebilir. Yukarıdakilerin tümü göz önüne alındığında, bir varsayım yapılabilir:
! aynı koşullar altında eşit hacimde gazlar içeriyorsa aynı sayıda molekül varsa, aynı sayıda molekül içeren kütleler aynı hacme sahip olmalıdır.
Diğer bir deyişle,
Aynı koşullar altında, herhangi bir gazın 1 mol'ü aynı hacmi kaplar. Normal şartlar altında herhangi bir gazın 1 mol'ü bir hacim kaplar. v, 22.4 litreye eşittir. Bu hacim denirgazın molar hacmi (boyut l / mol veya m³ / mol).
Normal koşullar altında (basınç 1013 mbar ve sıcaklık 0 °C) gazın molar hacminin tam değeri 22.4135 ± 0.0006 L/mol. Standart koşullar altında (T= + 15 ° C, basınç = 1013 mbar) 1 mol gaz 23.6451 litre hacim kaplar veT= + 20°C ve 1013 mbar basınçta, 1 mol yaklaşık 24,2 litre hacim alır.
Sayısal olarak, molar kütle, atomların ve moleküllerin kütleleriyle (amu cinsinden) ve bağıl atomik ve moleküler kütlelerle çakışır.
Sonuç olarak, herhangi bir maddenin 1 molü, atomik kütle birimleri olarak ifade edilen, bu maddenin moleküler kütlesine sayısal olarak eşit olan gram cinsinden bir kütleye sahiptir.
Örneğin, M(O2) = 16 amu. birim 2 = 32 birim Böylece 1 mol oksijen 32 g'a tekabül eder.Aynı koşullar altında ölçülen gazların yoğunluklarına mol kütleleri denir. Sıvılaştırılmış gazların gaz taşıyıcılarda taşınması sırasında, pratik problemlerin ana amacı moleküler maddeler (sıvılar, buharlar, gazlar) olduğundan, gerekli ana miktarlar molar kütle olacaktır. m(g/mol), madde miktarı v mol ve kütle olarak T gram veya kilogram cinsinden maddeler.
Belirli bir gazın kimyasal formülünü bilerek, sıvılaştırılmış gazların taşınması sırasında ortaya çıkan bazı pratik problemleri çözmek mümkündür.
Örnek 1. Dek-tank 22 ton sıvılaştırılmış etilen içerir (İLE BİRLİKTE2 H4 ). Gemide, her biri 5000 m3 hacme sahip üç kargo tankını boşaltmak için yeterli kargo olup olmadığını, boşaltmadan sonra tankların sıcaklığının 0 ° C ve basıncın 1013 milibar olup olmadığını belirlemek gerekir.
1. Etilenin moleküler ağırlığını belirleyin:
M = 2 12.011 + 4 1.0079 = 28.054 g/mol.
2. Normal koşullar altında etilenin buhar yoğunluğunu hesaplayın:
ρ = M / V = 28.054: 22.4 = 1.232 g / l.
3. Normal koşullar altında kargo buharlarının hacmini bulun:
22 ∙ 10 6: 1.252 = 27544 m3.
Kargo tanklarının toplam hacmi 15.000 m3'tür. Sonuç olarak, gemide tüm kargo tanklarını etilen buharıyla boşaltmaya yetecek kadar kargo vardır.
Örnek 2... Ne kadar propanın belirlenmesi gerekir (İLE BİRLİKTE3 H8 ) toplam kapasitesi 8000 m3 olan kargo tanklarının tahliyesi için, tankların sıcaklığı + 15 ° C ise ve tahliye bitiminden sonra tanktaki propan buhar basıncı 1013 milibarı geçmeyecekse gereklidir.
1. Propanın molar kütlesini belirleyin İLE BİRLİKTE3 H8
m = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44.1 g / mol.
2. Tankları boşalttıktan sonra propan buharlarının yoğunluğunu belirleyin:
ρ = M: v = 44.1: 23.641 = 1.865 kg / m3.
3. Buhar yoğunluğunu ve hacmini bilerek, tankı boşaltmak için gereken toplam propan miktarını belirleriz:
m = ρ v = 1.865 8000 = 14920 kg ≈ 15 t.
Bir atomun kütlesini ölçmek için, atomik kütle birimleri (amu) olarak ifade edilen bağıl atom kütlesi kullanılır. Bağıl moleküler ağırlık, maddelerin bağıl atom kütlelerinin toplamıdır.
kavramlar
Kimyada bağıl atom kütlesinin ne olduğunu anlamak için, bir atomun mutlak kütlesinin gram olarak ifade edilemeyecek kadar küçük ve hatta daha çok kilogram cinsinden ifade edilemeyecek kadar küçük olduğu anlaşılmalıdır. Bu nedenle, modern kimyada, karbon kütlesinin 1/12'si atomik kütle birimi (amu) olarak alınır. Bağıl atom kütlesi, mutlak kütlenin, karbonun mutlak kütlesinin 1/12'sine oranına eşittir. Başka bir deyişle, bağıl kütle, belirli bir maddenin bir atomunun kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sini kaç kez aştığını yansıtır. Örneğin, nitrojenin bağıl kütlesi 14'tür, yani. azot atomu 14 a içerir. e.m. veya bir karbon atomunun 1/12'sinden 14 kat daha fazla.
Pirinç. 1. Atomlar ve moleküller.
Tüm elementler arasında hidrojen en hafifidir, kütlesi 1 birimdir. En ağır atomların kütlesi 300 amu'dur. yemek yemek.
Moleküler ağırlık - bir molekülün kütlesinin kaç kez karbon kütlesinin 1/12'sini aştığını gösteren bir değer. Ayrıca a ile ifade edilir. e. m. Bir molekülün kütlesi, atomların kütlesinden oluşur, bu nedenle, bağıl moleküler kütleyi hesaplamak için, maddenin atomlarının kütlelerinin değerlerini eklemek gerekir. Örneğin, suyun bağıl moleküler ağırlığı 18'dir. Bu değer, iki hidrojen atomunun (2) ve bir oksijen atomunun (16) bağıl atom kütlelerinin toplamıdır.
Pirinç. 2. Karbon periyodik tablo.
Gördüğünüz gibi, bu iki kavramın birkaç ortak özelliği var:
- bağıl atom ve moleküler ağırlık maddeler - boyutsuz miktarlar;
- bağıl atomik kütle A r olarak gösterilir, moleküler kütle M r'dir;
- ölçü birimi her iki durumda da aynıdır - a. yemek yemek.
Molar ve moleküler ağırlıklar sayısal olarak örtüşür, ancak boyut olarak farklıdır. Molar kütle, bir maddenin kütlesinin mol sayısına oranıdır. Bir molün kütlesini yansıtır, ki bu sayıya eşit Avogadro, yani 6.02 ⋅ 10 23. Örneğin 1 mol su 18 g/mol ağırlığındadır ve M r (H 2 O) = 18 amu'dur. e.m. (bir atomik kütle biriminin 18 katı daha ağır).
Nasıl hesaplanır
Bağıl atom kütlesini matematiksel olarak ifade etmek için, 1/2 karbon veya bir atomik kütle biriminin 1,66⋅10 −24 g olduğu belirlenmelidir.Bu nedenle, bağıl atom kütlesi için formül aşağıdaki gibidir:
Bir r (X) = m bir (X) / 1.66⋅10 −24,
burada m a maddenin mutlak atom kütlesidir.
Göreceli atomik kütle kimyasal elementler Mendeleev'in periyodik tablosunda belirtilmiştir, bu nedenle problem çözerken bağımsız olarak hesaplanmasına gerek yoktur. Göreceli atom kütlelerini tam sayılara yuvarlamak gelenekseldir. Klor bir istisnadır. Atomlarının kütlesi 35.5'tir.
İzotoplu elementlerin bağıl atom kütlesini hesaplarken, ortalama değerlerinin dikkate alındığına dikkat edilmelidir. Bu durumda atom kütlesi aşağıdaki gibi hesaplanır:
A r = ΣA r, ben n ben,
burada Ar, i, izotopların bağıl atom kütlesidir, n i, doğal karışımlardaki izotopların içeriğidir.
Örneğin oksijenin üç izotopu vardır - 16 O, 17 O, 18 O. Göreceli kütleleri sırasıyla 15.995, 16.999, 17.999 ve doğal karışımlardaki içerikleri sırasıyla %99.759, %0.037, %0.204'tür. Yüzdeleri 100'e bölüp değerleri değiştirerek şunu elde ederiz:
A r = 15.995 ∙ 0.99759 + 16.999 ∙ 0.00037 + 17.999 ∙ 0.00204 = 15.999 amu.
Periyodik tabloya bakarak oksijen hücresinde bu değeri bulmak kolaydır.
Pirinç. 3. Periyodik tablo.
Bağıl moleküler ağırlık, bir maddenin atom kütlelerinin toplamıdır:
Göreceli moleküler ağırlığın değeri belirlenirken, sembol indeksleri dikkate alınır. Örneğin, H 2 CO 3 kütlesinin hesaplanması şöyle görünür:
M r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 a. yemek yemek.
Göreceli moleküler ağırlığı bilerek, bir gazın ikincisi için bağıl yoğunluğunu hesaplayabilirsiniz, yani. bir gaz halindeki maddenin ikincisinden kaç kez daha ağır olduğunu belirleyin. Bunun için D (y) x = M r (x) / M r (y) denklemi kullanılır.
Ne öğrendik?
8. sınıf dersinden göreli atomik ve moleküler kütleyi öğrendiler. Bağıl atom kütlesi birimi, karbon kütlesinin 1/12'si olarak alınır, 1.66⋅10 −24 g'a eşittir.Kütleyi hesaplamak için, maddenin mutlak atom kütlesini atomik kütle birimine bölmek gerekir. (amu). Göreceli atomik kütlenin değeri şu şekilde gösterilir: periyodik sistem Mendeleev, elemanın her hücresinde. Bir maddenin moleküler ağırlığı, elementlerin bağıl atom kütlelerinin toplamıdır.
Konuya göre test edin
Raporun değerlendirilmesi
Ortalama puanı: 4.6. Alınan toplam puan: 219.
atom kütlesişu veya bu atomu veya molekülü oluşturan tüm proton, nötron ve elektronların kütlelerinin toplamıdır. Proton ve nötronlarla karşılaştırıldığında elektronların kütlesi çok küçüktür, bu nedenle hesaplamalarda dikkate alınmaz. Bu resmi bir bakış açısından yanlış olsa da, bu terim genellikle bir elementin tüm izotoplarının ortalama atom kütlesini belirtmek için kullanılır. Aslında, bu göreceli atom kütlesi olarak da adlandırılır. atom ağırlığıöğe. Atom ağırlığı, bir elementin doğal olarak oluşan tüm izotoplarının atom kütlelerinin ortalamasıdır. Kimyagerler işlerini yaparken bu iki tür atom kütlesini birbirinden ayırmalıdırlar - örneğin yanlış bir atom kütlesi değeri, bir reaksiyon ürününün verimi için yanlış bir sonuca yol açabilir.
adımlar
Periyodik element tablosunda atom kütlesini bulma
- Atomik kütle birimi kütleyi karakterize eder gram cinsinden belirli bir elementin bir mol... Bu değer, belirli bir maddenin belirli sayıda atom veya molekülünün kütlesini kolayca mollere dönüştürmek için kullanılabildiğinden, pratik hesaplamalarda çok yararlıdır ve bunun tersi de geçerlidir.
-
Periyodik tablodaki atom kütlesini bulun.Çoğu standart periyodik tablo, her bir elementin atom kütlelerini (atomik ağırlıkları) içerir. Kural olarak, kimyasal elementi gösteren harflerin altında, elementin bulunduğu hücrenin altında bir sayı olarak gösterilirler. Bu genellikle bir tamsayı değil, ondalık bir kesirdir.
Periyodik tablonun elementlerin ortalama atom kütlelerini listelediğini unutmayın. Daha önce belirtildiği gibi, periyodik tablodaki her element için belirtilen bağıl atom kütleleri, atomun tüm izotoplarının kütlelerinin ortalamasıdır. Bu ortalama, birçok pratik amaç için değerlidir: örneğin, birkaç atomlu moleküllerin molar kütlesini hesaplamak için kullanılır. Ancak tek tek atomlarla uğraşırken bu değer genellikle yeterli olmaz.
- Ortalama atom kütlesi birkaç izotopun ortalama değeri olduğundan, periyodik tabloda belirtilen değer, kesin herhangi bir tek atomun atom kütlesinin değeri.
- Tek tek atomların atom kütleleri, tek bir atomdaki tam proton ve nötron sayısı dikkate alınarak hesaplanmalıdır.
Atom kütlesinin nasıl yazıldığını öğrenin. Atom kütlesi, yani kütle belirli bir atom veya moleküller, standart SI birimleriyle ifade edilebilir - gram, kilogram vb. Bununla birlikte, bu birimlerde ifade edilen atomik kütlelerin son derece küçük olması nedeniyle, genellikle birleşik atomik kütle birimleri veya kısaltılmış amu olarak kaydedilirler. - atomik kütle birimleri. Bir atomik kütle birimi, standart karbon-12 izotopunun kütlesinin 1/12'sine eşittir.
Tek bir atomun atom kütlesini hesaplama
-
Belirli bir elementin veya izotopunun atom numarasını bulun. Atom numarası, bir elementin atomlarındaki proton sayısıdır, asla değişmez. Örneğin, tüm hidrojen atomları ve bir tek bir protonları var. Sodyumun atom numarası 11'dir, çünkü çekirdeğinde on bir proton vardır, oksijenin atom numarası ise sekizdir, çünkü çekirdeğinde sekiz proton vardır. Herhangi bir elementin atom numarasını periyodik tabloda bulabilirsiniz - neredeyse tüm standart versiyonlarında, bu numara kimyasal elementin harf tanımının üzerinde belirtilmiştir. Atom numarası her zaman pozitif bir tam sayıdır.
- Bir karbon atomuyla ilgilendiğimizi varsayalım. Karbon atomlarında her zaman altı proton vardır, dolayısıyla atom numarasının 6 olduğunu biliyoruz. Ayrıca periyodik tabloda, karbon (C) bulunan hücrenin en üstünde "6" sayısının olduğunu görüyoruz. atom karbon numarası altıdır.
- Bir elementin atom numarasının, periyodik tablodaki göreceli atom kütlesi ile benzersiz bir şekilde ilişkili olmadığına dikkat edin. Özellikle tablonun üst kısmındaki elementler için, bir elementin atom kütlesi atom numarasının iki katı gibi görünse de, hiçbir zaman atom numarasını iki ile çarparak hesaplanmaz.
-
Çekirdekteki nötron sayısını bulun. Aynı elementin farklı atomları için nötron sayısı farklı olabilir. Aynı elementin aynı sayıda protona sahip iki atomu farklı sayıda nötrona sahip olduğunda, bunlar o elementin farklı izotoplarıdır. Asla değişmeyen proton sayısının aksine, belirli bir elementin atomlarındaki nötronların sayısı sıklıkla değişebilir, bu nedenle bir elementin ortalama atom kütlesi, iki bitişik tam sayı arasında yer alan bir değerle ondalık kesir olarak yazılır.
Proton ve nötron sayısını toplayın. Bu, verilen atomun atom kütlesi olacaktır. Çekirdeği çevreleyen elektronların sayısını görmezden gelin - toplam kütleleri son derece küçüktür, bu nedenle pratik olarak hesaplamalarınızı etkilemezler.
Bir elementin bağıl atom kütlesini (atom ağırlığı) hesaplama
-
Numunede hangi izotopların olduğunu belirleyin. Kimyagerler genellikle kütle spektrometresi adı verilen özel bir alet kullanarak belirli bir numunedeki izotopların oranını belirler. Ancak eğitim sırasında bu veriler size bilimsel literatürden alınan değerler şeklinde görev, kontrol vb. koşullarda verilecektir.
- Bizim durumumuzda, iki izotopla uğraştığımızı varsayalım: karbon-12 ve karbon-13.
-
Örnekteki her izotopun göreli içeriğini belirleyin. Her element için farklı oranlarda farklı izotoplar oluşur. Bu oranlar hemen hemen her zaman yüzde olarak ifade edilir. Bazı izotoplar çok yaygındır, diğerleri ise çok nadirdir - bazen tespit edilmesi çok zordur. Bu miktarlar, kütle spektrometrisi kullanılarak belirlenebilir veya bir el kitabında bulunabilir.
- Diyelim ki karbon-12 konsantrasyonu %99 ve karbon-13 %1. Karbonun diğer izotopları gerçekten var, ancak o kadar küçük miktarlarda ki bu durum ihmal edilebilirler.
-
Her izotopun atom kütlesini numunedeki konsantrasyonuyla çarpın. Her izotopun atom kütlesini yüzdesiyle (ondalık kesir olarak ifade edilir) çarpın. Faizi dönüştürmek için ondalık, sadece 100'e bölün. Ortaya çıkan konsantrasyonlar her zaman 1'e kadar eklemelidir.
- Örneğimiz karbon-12 ve karbon-13 içerir. Eğer karbon-12 numunenin %99'u ve karbon-13 %1 ise, o zaman 12'yi (karbon-12'nin atom kütlesi) 0.99 ve 13'ü (karbon-13'ün atom kütlesi) 0.01 ile çarpmak gerekir.
- Referans kitapları, bir elementin tüm izotoplarının bilinen miktarlarına dayalı yüzdeler verir. Çoğu kimya ders kitabı bu bilgiyi kitabın sonunda tablo halinde içerir. İncelenen numune için, izotopların nispi konsantrasyonları da bir kütle spektrometresi kullanılarak belirlenebilir.
-
Sonuçları ekleyin. Bir önceki adımda elde ettiğiniz çarpma sonuçlarını toplayın. Bu işlemin bir sonucu olarak, elementinizin nispi atom kütlesini bulacaksınız - söz konusu elementin izotoplarının atom kütlelerinin ortalama değeri. Belirli bir elementin belirli bir izotopu yerine bir elementi bir bütün olarak ele alırken, kullanılan bu değerdir.
- Örneğimizde, karbon-12 için 12 x 0.99 = 11.88 ve karbon-13 için 13 x 0.01 = 0.13. Bizim durumumuzdaki bağıl atom kütlesi 11.88 + 0.13 = 12,01 .
- Bazı izotoplar diğerlerinden daha az kararlıdır: çekirdekte daha az proton ve nötron bulunan elementlerin atomlarına bozunarak atom çekirdeğini oluşturan parçacıkları serbest bırakırlar. Bu tür izotoplara radyoaktif denir.
>> Kimya: kimyasal formüller... Bağıl atom ve moleküler ağırlıklar
Dünyanın her yerindeki kimyagerler, basit ve karmaşık maddelerin bileşimini çok güzel ve özlü bir şekilde kimyasal formüller şeklinde yansıtırlar. Kimyasal formüller, harfler kullanılarak yazılan kelimelerin analoglarıdır - kimyasal elementlerin işaretleri.
Dünyadaki en yaygın Maddenin bileşimini kimyasal sembollerin yardımıyla ifade edelim - su. Bir su molekülü iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu içerir. Şimdi bu cümleyi kimyasal semboller kullanarak kimyasal bir formüle çevirelim (hidrojen - Oksijen yok - O). Kimyasal sembolün hemen altında duran indeks-sayıları kullanarak formüldeki atom sayısını yazıyoruz (oksijen için indeks 1 yazılmaz): Н2Ш ("kül-iki-o" okuyun).
formüller basit maddeler Molekülleri iki özdeş atomdan oluşan hidrojen ve oksijen şu şekilde yazılır: H2 ("kül-iki" okuyunuz) ve O2 ("o-iki" okuyunuz).
Molekül sayısını yansıtmak için, kimyasal formüllerin önüne yazılan katsayıları kullanırlar, örneğin, 2COr (iki-tse-o-iki "okuyun) yazmak, her biri iki karbon dioksit molekülünü kastettikleri anlamına gelir. bir karbon atomu ve iki atom oksijenden oluşur.
Benzer şekilde, bir kimyasal elementin serbest atom sayısı belirtildiğinde katsayılar kaydedilir.
Moleküllerin ve hatta bir atomun boyutları o kadar küçüktür ki, 5-6 bin kat artış sağlayan en iyi optik mikroskoplarda bile onları görmek imkansızdır. 40 bin kat artış sağlayan elektron mikroskoplarında görülmezler. Doğal olarak, ihmal edilebilir küçük boyutlu moleküller ve atomlar, ihmal edilebilir kütlelerine karşılık gelir.
Bir oksijen atomunun kütlesinin, en hafif element olan hidrojen atomunun kütlesinden kaç kat daha büyük olduğunu hesaplayalım: 
Aynı şekilde, bir karbon atomunun kütlesi, bir hidrojen atomunun kütlesinin 12 katıdır. 