Из материалов урока вы узнаете, что атомы одних химических элементов отличаются от атомов других химических элементов массой. Учитель расскажет, как химики измеряли массу атомов, которые настолько мало, что их не увидишь даже с помощью электронного микроскопа.
Тема: Первоначальные химические представления
Урок: Относительная атомная масса химических элементов
В начале 19 в. (спустя 150 лет после работ Роберта Бойля) английский ученый Джон Дальтон предложил способ определения массы атомов химических элементов. Рассмотрим суть этого метода.
Дальтон предложил модель, в соответствии с которой в молекулу сложного вещества входит только по одному атому различных химических элементов. Например, он считал, что молекула воды состоит из 1 атома водорода и 1 атома кислорода. В состав простых веществ по Дальтону тоже входит только один атом химического элемента. Т.е. молекула кислорода должна состоять из одного атома кислорода.
И тогда, зная массовые доли элементов в веществе, легко определить во сколько раз масса атома одного элемента отличается от массы атома другого элемента. Таким образом, Дальтон считал, что массовая доля элемента в веществе определяется массой его атома.
Известно, что массовая доля магния в оксиде магния равна 60%, а массовая доля кислорода – 40%. Идя по пути рассуждений Дальтона, можно сказать, что масса атома магния больше массы атома кислорода в 1,5 раза (60/40=1,5):
Ученый заметил, что масса атома водорода самая маленькая, т.к. нет сложного вещества, в котором бы массовая доля водорода была бы больше массовой доли другого элемента. Поэтому он предложил массы атомов элементов сравнивать с массой атома водорода. И таким путем вычислил первые значения относительных (относительно атома водорода) атомных масс химических элементов.
Атомная масса водорода была принята за единицу. А значение относительной массы серы получилось равным 17. Но все полученные значения были либо приблизительными, либо неверными, т.к. техника эксперимента того времени была далека от совершенства и установка Дальтона о составе вещества была неверной.
В 1807 – 1817 гг. шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус провел огромное исследование по уточнению относительных атомных масс элементов. Ему удалось получить результаты, близкие к современным.
Значительно позже работ Берцелиуса массы атомов химических элементов стали сравнивать с 1/12 массы атома углерода (Рис. 2).
Рис. 1. Модель расчета относительной атомной массы химического элемента
Относительная атомная масса химического элемента показывает, во сколько раз масса атома химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Относительная атомная масс обозначается А r , она не имеет единиц измерения, так как показывает отношение масс атомов.
Например: А r (S) = 32, т.е. атом серы в 32 раза тяжелее 1/12 массы атома углерода.
Абсолютная масса 1/12 атома углерода является эталонной единицей, значение которой вычислено с высокой точностью и составляет 1,66 *10 -24 г или 1,66 *10 -27 кг. Эта эталонная масса называется атомной единицей массы (а.е.м.).
Значения относительных атомных масс химических элементов запоминать не надо, они приведены в любом учебнике или справочнике по химии, а также в периодической таблице Д.И. Менделеева.
При расчетах значения относительных атомных масс принято округлять до целых.
Исключение составляет относительная атомная масса хлора – для хлора используют значение 35,5.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006.
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.24-25)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§10)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр. учреждений / Г.Е. Рудзитис, ФюГю Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§8,9)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
с.24-25 №№ 1-7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.
1. Заполните пропуски в предложениях.
Абсолютная атомная масса показывает массу одной двенадцатьй части 1/12 от массы одной молекулы изотопа углерода 12 6 С измеряется в следющих единицах: г, гк, мг, т.
Относительная атомная масса показываетво во сколько раз масаа стала данного вещества элемента больше массы атома водорода; единицы измерения не имеет.
2. Запишите с помощью обозначений оку=ругленное до целого числа значение:
а) относительной атомоной массы кислорода - 16
:
б) относительной атомной массы натрия - 23
;
в) относительной атомной массы меди - 64
.
3. Приведены названия химических элементов: ртуть, фосфор, водород, сера, углерод, кислород, калий, азот. В пустые клеточки впишите символы элементов таким образом, чтобы получился ряд, в октором относительная атомная масса увеличивается.
4. Подчеркните верные утверждения.
а) Масса десяти атомов кислорода равна массе двух атомов брома;
б) Масса пяти атомов углеродабольше массы трех атомов серы;
в) Масса семи атомов кислорода меньше массы пяти атомов магния.
5. Заполните схему.
6. Рассчитайте относительные молекулярные массы веещств по их фомулам:
а) M r (N 2) = 2*14=28
б) M r (CH 4) = 12+4*1=16
в) M r (CaCO 3) = 40+12+3*16=100
г) M r (NH 4 Cl) = 12+41+35,5=53,5
д) M r (H 3 PO 4) = 3*1+31+16*4=98
7. Перед вами пирамида, "строительными камнями" которой являются формулы химических соединений. Найдите такой путь с вершины пирамиды к ее основанию, чтобы сумма относительных молекулярных масс соединений была минимальной. При выборе каждого следующего "камня" нужно учитывать, что можно выбирать лишь тот, который непостредственно прилегает к предыдущему.
В ответ запишите формулы веществ выиграшного пути.
Ответ : С 2 H 6 - H 2 CO 3 - SO 2 - Na 2 S
8. Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но также в незрелых яблоках, смородине, вишне и т.п. Лимонную кислоту использкют в кулинарии, в домашнем хозяйстве (например, для выведения ржавых пятен с ткани). Молекула этого вещества состоит из 6 атомов углерода, 8 атомов водорода, 7 атомов кислорода.
С 6 Н 8 О 7
Отметьте верное утверждение:
а) относительная молекулярная масса этого вещества равна 185;
б) относительная молекулярная масса этого вещества равна 29;
в) относительная молекулярная масса этого вещества равна 192.
Одним из фундаментальных свойств атомов, является их масса. Абсолютная (истинная) масса атома – величина чрезвычайно малая. Взвесить атомы на весах невозможно, поскольку таких точных весов не существует. Их массы были определены с помощью расчетов.
Например, масса одного атома водорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 001 663 грамма! Масса атома урана – одного из самых тяжелых атомов, составляет приблизительно 0,000 000 000 000 000 000 000 4 грамма.
Точное значение массы атома урана – 3,952 ∙ 10−22 г, а атома водорода, самого легкого среди всех атомов, – 1,673 ∙ 10−24 г.
Производить расчеты с малыми числами неудобно. Поэтому вместо абсолютных масс атомов используют их относительные массы.
Относительная атомная масса
О массе любого атома можно судить, сравнивая ее с массой другого атома (находить отношение их масс). С момента определения относительных атомных масс элементов использовались различные атомы в качестве сравнения. Своеобразными эталонами для сравнения в свое время были атомы водорода и кислорода.
Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы, принята Международным съездом физиков (1960) и унифицирована Международным съездом химиков (1961).
По сегодняшний день эталоном для сравнения является 1/12 часть массы атома углерода. Данное значение называют атомной единицей массы, сокращенно а.е.м
Атомная единица массы (а.е.м.) – масса 1/12 части атома углерода
Сравним, во сколько раз отличается абсолютная масса атома водорода и урана от 1 а.е.м., для этого разделим эти числа одно на другое:
Полученные при расчетах значения и являются относительными атомными массами элементов – относительно 1/12 массы атома углерода.
Так, относительная атомная масса водорода приблизительно равна 1, а урана – 238. Обратите внимание, что относительная атомная масса не имеет единиц измерения, так как при делении единицы измерения абсолютных масс (граммы) сокращаются.
Относительные атомные массы всех элементов указаны в Периодической Системе химических элементов Д.И. Менделеева. Символ, при помощи которого обозначают относительную атомную массу – Аr (буква r – сокращение от слова relative, что означает относительный).
Значения относительных атомных масс элементов используются во многих расчетах. Как правило, значения, приведенные в Периодической Системе, округляются до целых чисел. Обратите внимание, что элементы в Периодической Системе размещены в порядке увеличения относительных атомных масс.
Например, при помощи Периодической Системы определим относительные атомные массы ряда элементов:
Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Относительную атомную массу хлора принято записывать равной 35,5!
Ar(Сl) = 35,5
- Относительные атомные массы пропорциональны абсолютным массам атомов
- Эталоном для определения относительной атомной массы является 1/12 часть массы атома углерода
- 1 а.е.м. = 1,662 ∙ 10−24 г
- Относительную атомную массу обозначают Ar
- Для расчетов значения относительных атомных масс округляют до целых, исключение – хлор, для которого Ar = 35,5
- Относительная атомная масса не имеет единиц измерения
Атомно-молекулярное учение определяет атом, как мельчайшую химически неделимую частицу. А если это частица, то она должна иметь массу, которая очень мала. Современные методы исследования позволяют с большой точностью определять эту величину.
Пример: m(H) = 1,674· 10 -27 кг
m(O) = 2,667 · 10 -26 кг Абсолютные массы
m (C) = 1,993 · 10 -26 кг
Представленные величины очень неудобны для проведения вычислений. Поэтому в химии чаще используют не абсолютные, а относительные атомные массы. Относительная атомная масса (Аr) представляет собой отношение абсолютной массы атома к 1/12 массы атома углерода. С помощью формулы - это можно записать так 
1/12m(c) является величиной сравнения и называется 1 а.е.м.
1а.е.м. = 1/12· 1,993 · 10 -26 кг = 1,661 · 10-27 кг
Посчитаем Аr для некоторых элементов.
Аr(О) = = = 15,99 ~ 16
Аr(H) = = = 1,0079 ~ 1
Сравнивая относительные атомные массы кислорода и водорода с абсолютными, хорошо видны преимущества Аr. Величины Аr намного проще. Их удобнее использовать в вычислениях. Готовые величины Аr приведены в таблице Менделеева. Используя Аr элементов, можно проводить сравнения их масс.
Данное вычисление показывает, что атом цинка весит в 2,1 раза больше, чем атом фосфора.
Относительная молекулярная масса (Mr) равна сумме относительных атомных масс, входящих в нее атомов (безразмерна). Вычислим относительную молекулярную массу воды. Вы знаете, что в состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода. Тогда ее относительная молекулярная масса будет равна сумме произведений относительной атомной массы каждого химического элемента на число его атомов в молекуле воды:
вычислите относительные молекулярные массы веществ.
Mr (Cu 2 O)=143,0914
Mr (Na 3 PO 4)= 163,9407
Mr (AlCl 3)= 133,3405
Mr (Ba 3 N 2)= 439,9944
Mr (KNO 3)= 101,1032
Mr (Fe (OH) 2)= 89,8597
Mr (Mg(NO 3) 2)= 148,3148
Mr (Al 2 (SO 4) 3)= 342,1509
Количество вещества (n) - физическая величина, характеризующая количество однотипных структурных единиц, содержащихся в веществе. Под структурными единицами понимаются любые частицы, из которых состоит вещество (атомы, молекулы, ионы, электроны или любые другие частицы).
Единицей измерения количества вещества (n) является моль. Моль – количество вещества, содержащее столько структурных элементарных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг (12 г) = 1 моль изотопа углерода 12 С.
Число атомов N A в 0,012 кг (12 г) углерода, или в 1 моль, легко определить следующим образом:
Величина N A называется постоянной Авогадро.
При описании химических реакций, количество вещества является более удобной величиной, чем масса, так как молекулы взаимодействуют независимо от их массы в количествах, кратных целым числам.
Например, для реакции горения водорода (2H2 + O2 → 2H2O) требуется в два раза большее количество вещества водорода, чем кислорода. Соотношение между количествами реагирующих веществ непосредственно отражается коэффициентами в уравнениях.
Пример: в 1 моле хлорида кальция = содержит 6,022×10 23 молекул (формульных единиц) - CaCl 2 .
1 моль (1 М) железа = 6 . 10 23 атомов Fe
1 моль (1 М) ионов хлора Cl - = 6 . 10 23 ионов Cl - .
1 моль (1 М) электронов е - = 6 . 10 23 электронов е - .
Для вычисления количества вещества на основании его массы пользуются понятием молярная масса:
Молярная масса (М) - это масса одного моля вещества (кг/моль, г/моль ). Относительная молекулярная масса и молярная масса вещества численно совпадают, но имеют разную размерность, например, для воды М r = 18 (относительная атомная и молекулярная массы величины безразмерные), М = 18 г/моль. Количество вещества и молярная масса связаны простым соотношением:
Большую роль в формировании химической атомистики сыграли основные стехиометрические законы, которые были сформулированы на рубеже XVII и XVIII столетий.
1. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ (М.В. Ломоносов,1748).
Сумма масс продуктов реакции равна сумме масс исходных веществ . В качестве дополнения к этому закону может служить закон сохранения массы элемента (1789, А.Л. Лавуазье) - масса химического элемента в результате реакции не изменяется . Эти законы имеют для современной химии определяющее значение, поскольку позволяют моделировать химические реакции уравнениями и выполнять на их основе количественные вычисления.
2. ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА (Ж. Пруст,1799-1804).
Индивидуальное химическое вещество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав, не зависящий от способа его получения . Соединения, подчиняющиеся закону постоянства состава, называют дальтонидами. Дальтонидами являются все известные к настоящему времени органические соединения (около 30 миллионов) и часть (около 100 тыс.) неорганических веществ. Вещества, имеющие немолекулярное строение (бертолиды), не подчиняются данному закону и могут иметь переменный состав, зависящий от способа получения образца. К ним относятся большинство (около 500 тыс.) неорганических веществ.
3. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ (И. Рихтер, Дж. Дальтон, 1792-1804).
Каждое сложное вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав. Следовательно, химические вещества взаимодействуют друг с другом в строго определенных (эквивалентных) соотношениях. Массы реагирующих веществ прямо пропорциональны их эквивалентным массам .
где Э А и Э В - эквивалентные массы реагирующих веществ.
4. ЗАКОН АВОГАДРО (А. Авогадро,1811).
В равных объемах разных газов, измеренных в одинаковых условиях (давление, температура), содержится одинаковое число молекул . Из закона следует, что:
Ø При нормальных условиях (н.у., Т = 273 К, р = 101,325 кПа) один моль любого газа занимает одинаковый объем - молярный объем (V m), равный 22,4 л/моль.
Ø Отношение масс равных объемов разных газов, измеренных в одинаковых условиях (относительная плотность газа по газу ), равна отношению их молекулярных (молярных) масс.
Чаще всего определяют относительную плотность по водороду или воздуху. Соответственно,
,
где 29 - средняя, точнее средневзвешенная, молекулярная масса воздуха.
Ø Объемы реагирующих газов относятся друг к другу и к объемам газообразных продуктов реакции как простые целые числа (закон объемных отношений Гей-Люссака).
Задача
Сколько граммов газообразного хлора нужно потратить и сколько граммов жидкого хлорида фосфора(III) получиться если в реакции использовано 1,45 граммов фосфора?
Р 4 (тв.) + Cl 2 (г.) = PCl 3 (ж.)
Решение: 1. Необходимо убедиться, что уравнение находиться в равновесии, т.е. необходимо проставить стехиометрические коэффициенты: Р 4 (тв.) + 6Cl 2 (г.) = 4PCl 3 (ж.). На 1 моль Р 4 я могу потратить 6 моль Cl 2 , чтобы получить 4 моля PCl 3
2. У нас есть масса Р 4 в реакции, следовательно, можно узнать сколько молей фосфора использовано. По Т.М. узнаем атомную массу фосфора ~ 31, это говорит, что 1 моль фосфора будет иметь массу 31 г (молярная масса), а атомная масса Р 4 будет 124 г. Найдем сколько молей в 1,45 г фосфора:
1,45 г – х моль х=0,0117 моль
124 г – 1 моль
3. Теперь узнаем сколько молей хлора нужно взять для использования 0,0117 молей фосфора. По равновесной реакции мы видим, что на 1 моль фосфора нужно взять 6 молей хлора, следовательно, хлора нужно взять в 6 раз больше. Считаем:
0,0117 х 6 = 0,07 молей хлора.
0,07 молей х 70,906 г (в 1 моле Cl 2) = 4,963 г Cl 2
5. Теперь найдем сколько граммов жидкого хлорида фосфора(III) получиться. Можно воспользоваться двумя разными решениями:
5.1. Закон сохранения массы 1,45г Р 4 (тв.) + 4,963 г. Cl 2 (г.) = 6,413 г. PCl 3 (ж.)
5.2. А можно воспользоваться способом как мы находили массу необходимого фосфора.
Примеры:
Условие
Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl2 2H2O
Решение
Молярная масса BaCl2 2H2O составляет:
М(BaCl2 2H2O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 =244 г/моль
Из формулы BaCl2 2H2O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н2О.
Определяем массу воды, содержащейся в BaCl2 2H2O: m(H2O) = 2 18 = 36 г.
Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария
BaCl2 2H2O. ω(H2O) = m(H2O)/ m(BaCl2 2H2O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.
Пример самостоятельно
1. Химическое соединение содержит по массе 17,56% натрия, 39,69% хрома и 42,75% кислорода. Определите простейшую формулу соединения. (Na 2 Cr 2 O 7).
2. Элементный состав вещества следующий: массовая доля элемента железа 0,7241 (или 72,41%), массовая доля кислорода 0,2759 (или 27,59%). Выведите химическую формулу. (Fe 3 O 4)
Пример (разбор) . Установите молекулярную формулу вещества, если массовая доля углерода в нем составляет 26,67%, водорода – 2,22%, кислорода – 71,11%. Относительная молекулярная масса этого вещества равна 90.
| Решение 1. Для решения задачи используем формулы: w = ; n = ; x: y: z = n(C) : n(H) : n(O). 2. Находим химические количества элементов, входящих в состав вещества, приняв, что m(C x H y O z) = 100 г. m(C) = w(C) · m(C x H y O z) = 0,2667 · 100 г = 26,67 г. m(H) = w(H) · m(C x H y O z) = 0,0222 · 100 г = 2,22 г. m(O) = w(O) · m(C x H y O z) = 0,7111 · 100 г = 71,11 г. n(C) = = = 2,22 моль.; n(H) = = = 2,22 моль.; n(O) = = = 4,44 моль. 3. Определяем эмпирическую формулу вещества: n(C) : n(H) : n(O) = 2,22 моль: 2,22 моль: 4,44 моль. x: y: z = 1: 1: 2. Эмпирическая формула вещества – CHO 2 . 4. Устанавливаем истинную молекулярную формулу вещества: M r (CHO 2) = A r (C) + A r (H) + 2A r (O) = 12 + 1 + 2·16 = 45; M r (CHO 2) : M r (C x H y O z) = 45: 90 = 1: 2. Истинная молекулярная формула вещества – C 2 H 2 O 4 . Ответ : молекулярная формула вещества C 2 H 2 O 4 . Задача.Найдите химическую формулу вещества, в состав которого входит 9 мас. ч. алюминия и 8 мас. ч. кислорода. Решение: Находим отношение числа атомов: Ответ: Химическая формула данного вещества: . Относительная плотность газа Х по газу У - D поУ (Х). Часто в задачах просят определить формулу вещества (газа) в зависимости от Относительной плотности D - это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У: D поУ (Х) = М(Х) / М(У) Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху. Относительная плотность газа Х по водороду: D по H2 = M (газа Х) / M (H2) = M (газа Х) / 2 Воздух - это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу. Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава). Поэтому: D по возд. = М (газа Х) / 29 Пример: Определить формулу вещества, если оно содержит 84,21% С и 15,79% Н и имеет относительную плотность по воздуху, равную 3,93. Пусть масса вещества равна 100 г. Тогда масса С будет равна 84,21 г, а масса Н - 15,79 г. 1. Найдём количество вещества каждого атома: ν(C) = m / M = 84,21 / 12 = 7,0175 моль, ν(H) = 15,79 / 1 = 15,79 моль. 2.Определяем мольное соотношение атомов С и Н: С: Н = 7,0175: 15,79 (поделим оба числа на меньшее) = 1: 2,25 (будем домножать на 1, 2,3,4 и т.п. пока после запятой не появится 0 или 9. В данной задаче нужно домножить на 4) = 4: 9. Таким образом, простейшая формула - С 4 Н 9 . 3. По относительной плотности рассчитаем молярную массу: М = D (возд.) 29 = 114 г/моль. Молярная масса, соответствующая простейшей формуле С 4 Н 9 - 57 г/моль, это в 2 раза меньше истинно молярной массы. Значит, истинная формула - С 8 Н 18 . | |
Одной из основных характеристик любого химического элемента является его относительная атомная масса.
(Атомная единица массы - это 1/12 массы атома углерода, масса которого принимается равной 12 а. е. м. и составляет 1,66 10 24 г.
Сравнивая массы атомов элементов с одной а.е.м., находят численные значения относительной атомной массы (Аг).
Относительная атомная масса элемента показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода.
Например, для кислорода Аг (О) = 15,9994, а для водорода Аг (Н) = 1,0079.
Для молекул простых и сложных веществ определяют относительную молекулярную массу, которая численно равна сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы. Например, молекулярная масса воды Н2 О
Мг (Н2O) = 2 1,0079 + 1 15,9994 = 18,0153.
Закон авогадро
В химии наряду с единицами массы и объёма используется единица количества вещества, называемая молем.
!МОЛЬ (v ) - единица измерения количества вещества, содержащего столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов), сколько атомов содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода "С’’.
Это означает, что 1 моль любого вещества содержит одно и то же число структурных единиц, равное 6,02 10 23 . Эта величина носит название постоянной Авогадро (обозначение N А , размерность 1/моль).
Итальянский ученый Амадео Авогадро в 1811 году выдвинул гипотезу, которая в дальнейшем была подтверждена опытными данными и получила впоследствии название закона Авогадро. Он обратил внимание на то, что все газы одинаково сжимаются (закон Бойля-Мариотта) и обладают одинаковыми коэффициентами термального расширения (закон Гей-Люссака). В связи с этим он предположил, что:
в равных объёмах различных газов, находящихся при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.
При одинаковых условиях (обычно говорят о нормальных условиях: абсолютное давление равно 1013 миллибар и температура 0° С) расстояние между молекулами у всех газов одинаково, а объём молекул ничтожно мал. Учитывая все вышесказанное, можно сделать предположение:
!если в равных объемах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул, то и массы, в которых содержится одинаковое число молекул,должны иметь одинаковые объёмы.
Другими словами,
При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. При норальных условиях 1 моль любого газа занимает объем v , равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа (размерность л/моль или м ³ /моль).
Точное значение молярного объёма газа при нормальных условиях (давление 1013 миллибар и температура 0° С) составляет 22,4135 ± 0,0006 л/моль. При стандартных условиях (t =+15° С, давление = 1013 мбар) 1 моль газа занимает объём 23,6451 л, а при t =+20° С и давлении 1013 мбар 1 моль занимает объём около 24,2 л.
В численном выражении молярная масса совпадает с массами атомов и молекул (в а. е. м.) и с относительными атомными и молекулярными массами.
Следовательно, 1 моль любого вещества имеет такую массу в граммах, которая численно равна молекулярной массе данного вещества, выраженной в атомных единицах массы.
Например, М(O2) = 16 а. е. м. 2 = 32 а. е. м., таким образом, 1 моль кислорода соответствует 32 г. Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся как их молярные массы. Так как при перевозке сжиженных газов на газовозах основным объектом практических задач являются молекулярные вещества (жидкости, пары, газы), то и основными искомыми величинами будут молярная масса М (г/моль), количество вещества v в молях и масса т вещества в граммах или килограммах.
Зная химическую формулу того или иного газа, можно решить некоторые практические задачи, возникающие при транспортировке сжиженных газов.
Пример 1. В дек-танке находится 22 т сжиженного этилена (С 2 Н 4 ). Необходимо определить, достаточно ли на борту груза, для того чтобы продуть три грузовых танка объёмом 5000 м 3 каждый, если после продувки температура танков будет составлять 0° С, а давление 1013 миллибар.
1. Определяем молекулярную массу этилена:
М = 2 12,011 + 4 1,0079 = 28,054 г/моль.
2. Рассчитываем плотность паров этилена при нормальных условиях:
ρ = M/V = 28,054: 22,4 = 1,232 г/л.
3. Находим объём паров груза при нормальных условиях:
22∙10 6: 1,252= 27544 м 3 .
Общий объём грузовых танков составляет 15000 м 3 . Следовательно, на борту достаточно груза, для того чтобы продуть все грузовые танки парами этилена.
Пример 2 . Необходимо определить, какое количество пропана (С 3 Н 8 ) потребуется для продувки грузовых танков общей вместимостью 8000 м 3 , если температура танков составляет +15° С, а давление паров пропана в танке после окончания продувки не будет превышать 1013 миллибар.
1. Определим молярную массу пропана С 3 Н 8
М = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44,1 г/моль.
2. Определим плотность паров пропана после продувки танков:
ρ = М: v = 44,1: 23,641 = 1,865 кг/м 3 .
3. Зная плотность паров и объём, определяем общее количество пропана, необходимое для продувки танка:
m = ρ v = 1,865 8000 = 14920 кг ≈ 15 т.