Cách xác định khối lượng mol của một chất trong vật lý. Khối lượng phân tử: nguyên tắc cơ bản của việc xác định

Nội dung tác phẩm được đăng tải không có hình ảnh, công thức.
Phiên bản đầy đủ của tác phẩm có sẵn trong tab "Tệp công việc" ở định dạng PDF

Giới thiệu

Khi nghiên cứu hóa học và vật lý, các khái niệm như “nguyên tử”, “khối lượng nguyên tử và mol tương đối của một nguyên tố hóa học” đóng một vai trò quan trọng. Có vẻ như đã lâu không có gì mới được phát hiện ở khu vực này. Tuy nhiên, Liên minh Hóa học thuần túy và ứng dụng quốc tế (IUPAC) hàng năm cập nhật giá trị khối lượng nguyên tử của các nguyên tố hóa học. Trong 20 năm qua, khối lượng nguyên tử của 36 nguyên tố đã được điều chỉnh, trong đó có 18 nguyên tố không có đồng vị.

Tham gia vòng thi Olympic khoa học tự nhiên toàn thời gian toàn Nga, chúng tôi được giao nhiệm vụ sau: “Đề xuất cách xác định khối lượng mol của một chất trong phòng thí nghiệm của trường”.

Nhiệm vụ này hoàn toàn mang tính lý thuyết và tôi đã hoàn thành xuất sắc nó. Vì vậy, tôi quyết định làm thí nghiệm, trong phòng thí nghiệm của trường, tính khối lượng mol của một chất.

Mục tiêu:

Xác định bằng thực nghiệm khối lượng mol của một chất trong phòng thí nghiệm của trường.

Nhiệm vụ:

Nghiên cứu tài liệu khoa học mô tả các phương pháp tính khối lượng nguyên tử và mol tương đối.

Thực nghiệm xác định khối lượng mol của một chất ở trạng thái khí và rắn bằng phương pháp vật lý.

Rút ra kết luận.

II. Phần chính

Các khái niệm cơ bản:

Khối lượng nguyên tử tương đối là khối lượng của một nguyên tố hóa học được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu). Cho 1 bạn 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon có trọng lượng nguyên tử là 12 được chấp nhận.

Khối lượng nguyên tử tương đối - cho biết khối lượng của một nguyên tử nhất định của một nguyên tố hóa học lớn hơn 1/12 khối lượng của đồng vị 12 C bao nhiêu lần.

đồng vị- các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có số nơtron khác nhau và cùng số proton trong hạt nhân, do đó có khối lượng nguyên tử tương đối khác nhau.

Khối lượng mol của chất - khối lượng của một chất được lấy với lượng 1 mol.

1 nốt ruồi -Đây là lượng chất chứa cùng số nguyên tử (phân tử) có trong 12g cacbon.

Nhiệt dung riêng của một chất- đây là đại lượng vật lý biểu thị lượng nhiệt cần truyền cho một vật có khối lượng 1 kg để làm cho nhiệt độ của nó thay đổi thêm 1 0 C.

công suất nhiệt- Nó là tích số của nhiệt dung riêng của một chất và khối lượng của nó.

Lịch sử xác định khối lượng nguyên tử của các nguyên tố hóa học:

Sau khi phân tích nhiều nguồn tài liệu khác nhau về lịch sử xác định khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau, tôi quyết định tóm tắt dữ liệu vào một bảng, khá thuận tiện, bởi vì Trong nhiều nguồn tài liệu khác nhau, thông tin được đưa ra một cách mơ hồ:

Tên đầy đủ của nhà khoa học, năm	Đóng góp cho việc nghiên cứu và xác định khối lượng nguyên tử tương đối	Ghi chú
John Dalton	Rõ ràng là không thể cân trực tiếp các nguyên tử. Dalton chỉ nói về “tỷ lệ trọng lượng của các hạt nhỏ nhất của chất khí và các vật thể khác”, tức là về khối lượng tương đối của chúng. Dalton lấy khối lượng của nguyên tử hydro làm đơn vị khối lượng và để tìm khối lượng của các nguyên tử khác, ông đã sử dụng thành phần phần trăm của các hợp chất hydro khác nhau với các nguyên tố khác được các nhà nghiên cứu khác nhau tìm thấy. Dalton đã biên soạn bảng đầu tiên trên thế giới về khối lượng nguyên tử tương đối của một số nguyên tố.
William Prout (tiếng Anh)	Ông cho rằng từ nguyên tố nhẹ nhất là hydro, tất cả các nguyên tố khác có thể phát sinh thông qua sự ngưng tụ. Trong trường hợp này, khối lượng nguyên tử của tất cả các nguyên tố phải là bội số của khối lượng nguyên tử hydro. Đối với đơn vị khối lượng nguyên tử, ông đề nghị chọn hydro.	Chỉ sau này Trong những năm gần đây, hóa ra giả thuyết của Prout đã thực sự được xác nhận Người ta nói: tất cả các nguyên tố thực sự được hình thành trong vụ nổ siêu tân tinh từ hạt nhân của các nguyên tử hydro - proton, cũng như neutron.
1819 Đô Long P.I., A.T.Pti:	Quy tắc ngón tay cái: tích của khối lượng nguyên tử và nhiệt dung- giá trị không đổi. Quy tắc này vẫn được sử dụng để xác định khối lượng nguyên tử tương đối của một số chất	Berzelius dựa vào quy luật đã hiệu chỉnh khối lượng nguyên tử của một số kim loại
Stas, Richards	Làm rõ khối lượng nguyên tử tương đối của một số nguyên tố.
S. Ca-nizzaro	Xác định khối lượng nguyên tử tương đối của một số nguyên tố bằng cách xác định khối lượng phân tử tương đối đã biết của các hợp chất dễ bay hơi của các nguyên tố đó
Stas, Bỉ	Ông đề xuất thay đổi đơn vị khối lượng nguyên tử và chọn nguyên tử oxy làm chuẩn mới. Khối lượng của nguyên tử oxy được lấy là 16.000; đơn vị đo lường là 1/16 khối lượng oxy này.
	Bác bỏ hoàn toàn giả thuyết Prout dựa trên việc xác định tỷ lệ khối lượng của các nguyên tố hóa học trong một số hợp chất
D.I.Mendeleev	Dựa vào bảng tuần hoàn, ông đã xác định và hiệu chỉnh khối lượng nguyên tử tương đối của một số nguyên tố hóa học đã biết và chưa được phát hiện.
	Cái gọi là thang oxy đã được phê duyệt, trong đó khối lượng của nguyên tử oxy được lấy làm tiêu chuẩn
Theodore William Richards	Vào đầu thế kỷ 20. đã xác định rất chính xác khối lượng nguyên tử của 25 nguyên tố hóa học và sửa chữa những sai sót mà các nhà hóa học khác mắc phải trước đây.
	Một máy quang phổ khối được tạo ra để xác định khối lượng nguyên tử tương đối
	Đơn vị khối lượng nguyên tử (amu) được lấy bằng 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon 12C (đơn vị cacbon). (1 amu, hay 1D (dalton), tính theo đơn vị khối lượng SI là 1,6605710-27 kg.)

Biết khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tử, chúng ta có thể xác định khối lượng mol của một chất: M= Ar·10̄ ³ kg/mol

Các phương pháp xác định khối lượng phân tử của các nguyên tố:

Khối lượng nguyên tử và phân tử có thể được xác định bằng phương pháp vật lý hoặc hóa học. Các phương pháp hóa học khác nhau ở chỗ ở một giai đoạn, chúng không liên quan đến bản thân các nguyên tử mà là sự kết hợp của chúng.

Phương pháp vật lý:

1 chiều. Định luật Dulog và Petit

Năm 1819, Đô Long cùng với A.T. Petit, đã thiết lập định luật nhiệt dung của chất rắn, theo đó tích của nhiệt dung riêng của chất rắn đơn giản và khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố cấu thành là một giá trị gần như không đổi (theo đơn vị đo hiện đại bằng xấp xỉ Сv·Аr = 25,12 J/(gK)); Ngày nay mối quan hệ này được gọi là “luật Dulong-Petit”. Định luật nhiệt dung riêng, vốn vẫn không được người đương thời chú ý trong một thời gian khá dài, sau đó được dùng làm cơ sở cho phương pháp ước tính gần đúng khối lượng nguyên tử của các nguyên tố nặng. Từ định luật Dulong và Petit, bằng cách chia 25,12 cho nhiệt dung riêng của một chất đơn giản, có thể dễ dàng xác định bằng thực nghiệm, người ta có thể tìm thấy giá trị gần đúng của khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố nhất định. Và biết khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố, bạn có thể xác định khối lượng mol của chất đó.

М=Мr·10̵ ³ kg/mol

Ở giai đoạn phát triển ban đầu của vật lý và hóa học, nhiệt dung riêng của một nguyên tố dễ xác định hơn nhiều thông số khác, do đó, sử dụng định luật này, các giá trị gần đúng của KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TẮC TƯƠNG ĐỐI đã được thiết lập.

Có nghĩa, Ar=25,12/s

c là nhiệt dung riêng của chất

Để xác định nhiệt dung riêng của một chất rắn, ta thực hiện thí nghiệm sau:

Q1=c1m1(t-t1), trong đó Q1 là lượng nhiệt do nước tỏa ra do trao đổi nhiệt, c1 là nhiệt dung riêng của nước (giá trị bảng), m1 là khối lượng của nước, t là nhiệt độ cuối cùng, t 1 là nhiệt độ ban đầu của nước, Q2=c2m2(t-t2), trong đó Q2 là lượng nhiệt mà vật rắn nhận được do trao đổi nhiệt, c2 là nhiệt dung riêng của chất (cần xác định), m2 là khối lượng của chất, t 2 là nhiệt độ ban đầu của cơ thể đang được nghiên cứu, bởi vì Phương trình cân bằng nhiệt có dạng: Q1 + Q2 = 0 ,

Sau đó c2 = c1m1(t-t1) /(- m2(t-t2))

						s, J/ (kg 0 K)

Giá trị trung bình khối lượng nguyên tử tương đối chất hóa ra

Ar = 26,5 amu

Kể từ đây, khối lượng mol a bằng M = 0,0265 kg/mol.

Thân liền khối - thanh nhôm

Phương pháp 2. Hãy tính khối lượng mol của không khí.

Sử dụng điều kiện cân bằng của hệ, bạn cũng có thể tính khối lượng mol của một chất, ví dụ như chất khí, ví dụ như không khí.

Pháp = Fstrand(Lực Archimedes tác dụng lên khinh khí cầu được cân bằng bởi tổng lực hấp dẫn tác dụng lên vỏ khinh khí cầu, khí trong khinh khí cầu và tải trọng lơ lửng trên khinh khí cầu.). Tất nhiên, xét đến việc quả bóng lơ lửng trong không khí (nó không bay lên hay rơi xuống).

Pháp- Lực Archimedes tác dụng lên quả bóng trong không khí

Fa =ρвg Vш

ρв - mật độ không khí

F1- lực hấp dẫn tác dụng lên vỏ quả bóng và khí (heli) nằm bên trong quả bóng

F1=mob g + mgel g

F2- lực hấp dẫn tác dụng lên tải

F2=mg/g

Chúng ta nhận được công thức: ρвg Vш= mob g + mgel g + mg g (1)

Hãy sử dụng công thức Mendeleev-Clapeyron để tính khối lượng mol của không khí:

Hãy biểu thị khối lượng mol của không khí:

Trong phương trình (3) chúng ta thay phương trình (2) thay vì mật độ không khí. Vì vậy, chúng ta có công thức tính khối lượng mol của không khí:

Do đó, để tìm khối lượng mol của không khí, bạn cần đo:

1) trọng lượng của tải

2) khối lượng heli

3) khối lượng vỏ

4) nhiệt độ không khí

5) áp suất không khí (áp suất khí quyển)

6) khối lượng của quả bóng

R- hằng số khí phổ quát, R=8,31 J/(mol K)

Phong vũ biểu cho thấy áp suất khí quyển

bình đẳng ra =96000Pa

Nhiệt độ phòng:

T=23 +273=297K

Ta xác định khối lượng tải trọng và khối lượng vỏ quả bóng bằng cân điện tử:

mgr = 8,02g

khối lượng vỏ bi:

đám đông = 3,15g

Chúng tôi xác định thể tích của quả bóng theo hai cách:

a) quả bóng của chúng ta hóa ra là hình tròn. Bằng cách đo chu vi của quả bóng ở một số chỗ, chúng tôi đã xác định được bán kính của quả bóng. Và sau đó là khối lượng của nó: V=4/3·πR³

L=2πR, Lav= 85,8cm= 0,858m, do đó R=0,137m

Vsh= 0,0107m³

b) đổ nước vào xô đến tận mép, sau khi đặt lên khay để xả nước. Ta thả quả bóng bay hẳn xuống nước, một ít nước đổ vào bồn tắm dưới thùng, đo thể tích nước đổ ra khỏi thùng, ta xác định được thể tích của quả bóng: Vnước=Vsh= 0,011m³

(Quả bóng trong ảnh ở gần camera hơn nên có vẻ lớn hơn)

Vì vậy, để tính toán, chúng tôi lấy giá trị trung bình của thể tích quả bóng:

Vsh= 0,0109m³

Chúng tôi xác định khối lượng của helium bằng phương trình Mendeleev-Clapeyron, có tính đến nhiệt độ của helium bằng nhiệt độ không khí và áp suất của helium bên trong quả bóng bằng áp suất khí quyển.

Khối lượng mol của heli 0,004 kg/mol:

mgel = 0,00169 kg

Thay toàn bộ kết quả đo vào công thức (4), ta thu được giá trị khối lượng mol của không khí:

M= 0,030 kg/mol

(bảng giá trị khối lượng mol

không khí 0,029 kg/mol)

Phần kết luận: Trong phòng thí nghiệm của trường, bạn có thể xác định khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố hóa học và khối lượng mol của một chất bằng phương pháp vật lý. Sau khi thực hiện công việc này, tôi đã học được rất nhiều điều về cách xác định khối lượng nguyên tử tương đối. Tất nhiên, nhiều phương pháp không thể tiếp cận được trong phòng thí nghiệm của trường, tuy nhiên, ngay cả khi sử dụng thiết bị cơ bản, tôi vẫn có thể xác định bằng thực nghiệm khối lượng nguyên tử tương đối của một nguyên tố hóa học và khối lượng mol của một chất bằng phương pháp vật lý. Nhờ đó tôi đã hoàn thành được mục đích và mục tiêu đặt ra trong công việc này.

Danh sách tài liệu được sử dụng

alhimik.ru

alhimikov.net

https://ru.wikipedia.org/wiki/Molar_mass

G. I. Deryabina, G. V. Kantaria. 2.2.Mole, khối lượng mol. Hóa học hữu cơ: sách giáo khoa web.

http://kf.info.urfu.ru/glavnaja/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Molar_mass h

Trong hóa học thực tiễn và lý thuyết, có hai khái niệm có ý nghĩa thực tiễn: phân tử (thường được thay thế bằng khái niệm trọng lượng phân tử, điều này không chính xác) và khối lượng mol. Cả hai đại lượng này đều phụ thuộc vào thành phần của chất đơn giản hoặc phức tạp.

Làm thế nào để xác định hoặc phân tử? Cả hai đại lượng vật lý này đều không thể (hoặc gần như không thể) xác định được bằng phép đo trực tiếp, chẳng hạn bằng cách cân một chất trên cân. Chúng được tính toán dựa trên công thức hóa học của hợp chất và khối lượng nguyên tử của tất cả các nguyên tố. Các đại lượng này có số lượng bằng nhau nhưng khác nhau về kích thước. được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử, là đại lượng quy ước và được ký hiệu là a. e.m., cũng như một cái tên khác - “dalton”. Đơn vị của khối lượng mol được biểu thị bằng g/mol.

Khối lượng phân tử của các chất đơn giản, các phân tử bao gồm một nguyên tử, bằng khối lượng nguyên tử của chúng, được biểu thị trong bảng tuần hoàn của Mendeleev. Ví dụ: đối với:

natri (Na) - 22,99 a. e.m.;
sắt (Fe) - 55,85 a. e.m.;
lưu huỳnh (S) - 32,064 a. e.m.;
argon (Ar) - 39,948 a. e.m.;
kali (K) - 39,102 a. e.m.

Ngoài ra, trọng lượng phân tử của các chất đơn giản, các phân tử bao gồm một số nguyên tử của một nguyên tố hóa học, được tính bằng tích của khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó với số lượng nguyên tử trong phân tử. Ví dụ: đối với:

oxy (O2) - 16. 2 = 32 a. e.m.;
nitơ (N2) - 14,2 = 28 a. e.m.;
clo (Cl2) - 35. 2 = 70 a. e.m.;
ozon (O3) - 16. 3 = 48 a. e.m.

Khối lượng phân tử được tính bằng cách tính tổng khối lượng nguyên tử và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử. Ví dụ: đối với:

(HCl) - 2 + 35 = 37 a. e.m.;
(CO) - 12 + 16 = 28 a. e.m.;
carbon dioxide (CO2) - 12 + 16. 2 = 44 a. e.m.

Nhưng làm thế nào để tìm khối lượng mol của chất?

Điều này không khó thực hiện vì nó là khối lượng của một đơn vị lượng của một chất cụ thể, tính bằng mol. Nghĩa là, nếu nhân khối lượng phân tử tính toán của mỗi chất với một giá trị không đổi bằng 1 g/mol thì sẽ thu được khối lượng mol của nó. Ví dụ, làm thế nào để bạn tìm thấy khối lượng mol (CO2)? Suy ra (12 + 16.2).1 g/mol = 44 g/mol, tức là MCO2 = 44 g/mol. Đối với các chất đơn giản, phân tử chỉ chứa một nguyên tử của nguyên tố đó, chỉ số này biểu thị bằng g/mol, trùng khớp về số với khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó. Ví dụ: đối với lưu huỳnh MS = 32,064 g/mol. Cách tìm khối lượng mol của một chất đơn giản, phân tử của nó bao gồm một số nguyên tử, có thể được xem xét bằng ví dụ về oxy: MO2 = 16. 2 = 32 g/mol.

Ví dụ đã được đưa ra ở đây cho các chất đơn giản hoặc phức tạp cụ thể. Nhưng liệu có thể và làm thế nào để tìm khối lượng mol của một sản phẩm bao gồm một số thành phần? Giống như khối lượng phân tử, khối lượng mol của hỗn hợp nhiều thành phần là một đại lượng cộng thêm. Nó là tổng tích số khối lượng mol của một thành phần và phần của nó trong hỗn hợp: M = ∑Mi. Xi, nghĩa là có thể tính được cả khối lượng phân tử trung bình và khối lượng mol trung bình.

Sử dụng ví dụ về không khí chứa khoảng 75,5% nitơ, 23,15% oxy, 1,29% argon và 0,046% carbon dioxide (các tạp chất còn lại, được chứa với số lượng nhỏ hơn, có thể bỏ qua): Mair = 28. 0,755 + 32. 0,2315 + 40 . 0,129 + 44. 0,00046 = 29,08424 g/mol ≈ 29 g/mol.

Làm thế nào để tìm khối lượng mol của một chất nếu độ chính xác của việc xác định khối lượng nguyên tử ghi trong bảng tuần hoàn là khác nhau? Đối với một số nguyên tố, nó được biểu thị với độ chính xác đến phần mười, đối với những nguyên tố khác có độ chính xác hàng trăm, đối với những nguyên tố khác đến phần nghìn và đối với các nguyên tố như radon - đến toàn bộ, đối với mangan đến mười phần nghìn.

Khi tính khối lượng mol, sẽ không có ý nghĩa gì khi thực hiện các phép tính với độ chính xác cao hơn đến phần mười, vì chúng có ứng dụng thực tế khi độ tinh khiết của các chất hóa học hoặc thuốc thử sẽ gây ra sai số lớn. Tất cả những tính toán này là gần đúng. Nhưng khi các nhà hóa học yêu cầu độ chính xác cao hơn, các hiệu chỉnh thích hợp được thực hiện bằng cách sử dụng các quy trình nhất định: thiết lập hiệu giá của dung dịch, hiệu chuẩn được thực hiện bằng cách sử dụng mẫu chuẩn, v.v.

Và tất nhiên là khả năng tính toán. Ví dụ, một chất nổi tiếng là lưu huỳnh. Nó được tìm thấy rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau đến nỗi nó mang tên chính xác là “hóa học”. Nó như thế nào?

Viết công thức chính xác của axit sunfuric: H2SO4. Bây giờ hãy lấy bảng tuần hoàn và xem khối lượng nguyên tử của tất cả các nguyên tố tạo nên nó là bao nhiêu. Có ba trong số các nguyên tố này - hydro, lưu huỳnh và oxy. Khối lượng nguyên tử của hydro là 1, lưu huỳnh – 32, oxy – 16. Do đó, tổng khối lượng phân tử của axit sulfuric, có tính đến các chỉ số, sẽ bằng: 1*2 + 32 + 16*4 = 98 amu (nguyên tử đơn vị khối lượng).

Bây giờ chúng ta hãy nhớ thêm một nốt ruồi nữa: số lượng này chất, khối lượng của nó bằng số lượng với khối lượng của nó tính bằng đơn vị nguyên tử. Như vậy, hóa ra 1 mol axit sunfuric nặng 98 gam. Đây là khối lượng mol của nó. Vấn đề đã được giải quyết.

Giả sử bạn được đưa ra các điều kiện sau: có 800 ml dung dịch 0,2 mol (0,2 M) của một số muối và được biết rằng ở dạng khô, muối này nặng 25 gam. Cần phải tính số mol của nó khối.

Đầu tiên, hãy nhớ định nghĩa về dung dịch 1 mol (1M). Đây là dung dịch có chứa 1 mol bất kỳ chất. Theo đó, 1 lít dung dịch 0,2 M sẽ chứa 0,2 mol chất. Nhưng bạn không có 1 lít mà là 0,8 lít. Do đó, trên thực tế bạn có 0,8 * 0,2 = 0,16 mol chất.

Và khi đó mọi việc trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Nếu 25 gam muối theo điều kiện của bài toán là 0,16 mol thì một mol bằng bao nhiêu? Sau khi thực hiện phép tính trong một bước, bạn sẽ thấy: 25/0,16 = 156,25 gam. Khối lượng mol của muối là 156,25 gam/mol. Vấn đề đã được giải quyết.

Trong tính toán của mình, bạn đã sử dụng giá trị làm tròn của trọng lượng nguyên tử của hydro, lưu huỳnh và oxy. Nếu bạn cần thực hiện các phép tính với độ chính xác cao thì không được phép làm tròn.

Nguồn:

khối lượng mol của muối
Tính khối lượng mol tương đương

Khối lượng của nguyên tử hoặc phân tử cực kỳ nhỏ, do đó trong vật lý phân tử, thay vì khối lượng của phân tử và nguyên tử, người ta thường sử dụng, như đề xuất của Dalton, giá trị tương đối của chúng, so sánh khối phân tử hoặc nguyên tử có khối lượng bằng 1/12 khối lượng nguyên tử cacbon. Lượng chất chứa cùng số phân tử hoặc nguyên tử có trong 12 gam cacbon được gọi là mol. Khối lượng mol của một chất (M) là khối lượng của một mol. Khối lượng mol là một đại lượng vô hướng; nó được đo trong hệ SI quốc tế bằng kilôgam chia cho số mol.

Hướng dẫn

Để tính số mol khối chỉ cần biết hai đại lượng là đủ: khối(m), tính bằng kilôgam và lượng chất (v), tính bằng mol, thay thế chúng theo công thức: M = m/v.
Ví dụ. Giả sử chúng ta cần xác định số mol khối 100 g nước trong 3 mol. Để làm được điều này, trước tiên bạn phải khối nước tính bằng gam - 100g=0,01kg. Tiếp theo, thay các giá trị vào công thức tính mol: M=m/v=0,01kg/3mol=0,003kg/mol.

Bất kỳ chất nào cũng bao gồm các hạt có cấu trúc nhất định (phân tử hoặc nguyên tử). Khối lượng mol của một hợp chất đơn giản được tính theo bảng tuần hoàn các nguyên tố D.I. Mendeleev. Nếu cần phải tìm ra thông số này cho một chất phức tạp, thì quá trình tính toán sẽ kéo dài và trong trường hợp này, con số này được tra cứu trong sách tham khảo hoặc danh mục hóa học, đặc biệt là Sigma-Aldrich.

Khái niệm khối lượng mol

Khối lượng mol (M) là trọng lượng của một mol chất. Tham số này cho mỗi nguyên tử có thể được tìm thấy trong bảng tuần hoàn các nguyên tố; nó nằm ngay dưới tên. Khi tính khối lượng của các hợp chất, con số thường được làm tròn đến số nguyên hoặc phần mười gần nhất. Để hiểu đầy đủ ý nghĩa này xuất phát từ đâu, cần phải hiểu khái niệm “nốt ruồi”. Đây là lượng chất chứa số hạt sau này bằng 12 g đồng vị ổn định của carbon (12 C). Các nguyên tử và phân tử của các chất có kích thước khác nhau trong một phạm vi rộng, trong khi số lượng của chúng trong một mol không đổi, nhưng khối lượng và theo đó là thể tích tăng lên.

Khái niệm “khối lượng mol” có liên quan chặt chẽ đến số Avogadro (6,02 x 10 23 mol -1). Hình này biểu thị số lượng đơn vị (nguyên tử, phân tử) không đổi của một chất trong 1 mol.

Tầm quan trọng của khối lượng mol đối với hóa học

Các chất hóa học tham gia vào các phản ứng khác nhau với nhau. Thông thường, phương trình cho bất kỳ tương tác hóa học nào đều xác định có bao nhiêu phân tử hoặc nguyên tử có liên quan. Những chỉ định như vậy được gọi là hệ số cân bằng hóa học. Chúng thường được chỉ định trước công thức. Do đó, đặc tính định lượng của phản ứng dựa trên lượng chất và khối lượng mol. Chúng phản ánh rõ ràng sự tương tác của các nguyên tử, phân tử với nhau.

Tính khối lượng mol

Thành phần nguyên tử của bất kỳ chất hoặc hỗn hợp các thành phần nào của cấu trúc đã biết có thể được xem bằng bảng tuần hoàn các nguyên tố. Các hợp chất vô cơ, theo quy luật, được viết bằng công thức tổng, nghĩa là không chỉ định cấu trúc mà chỉ ghi số lượng nguyên tử trong phân tử. Các chất hữu cơ được ký hiệu theo cách tương tự để tính khối lượng mol. Ví dụ, benzen (C 6 H 6).

Khối lượng mol được tính như thế nào? Công thức bao gồm loại và số lượng nguyên tử trong phân tử. Theo bảng D.I. Khối lượng mol của các nguyên tố Mendeleev được kiểm tra và mỗi con số được nhân với số lượng nguyên tử trong công thức.

Dựa vào trọng lượng phân tử và loại nguyên tử, bạn có thể tính số lượng của chúng trong phân tử và lập công thức cho hợp chất.

Khối lượng mol của các nguyên tố

Thông thường, để thực hiện các phản ứng, tính toán trong hóa học phân tích và sắp xếp các hệ số trong phương trình, cần phải có kiến thức về khối lượng phân tử của các nguyên tố. Nếu phân tử chứa một nguyên tử thì giá trị này sẽ bằng giá trị của chất đó. Nếu có hai hoặc nhiều nguyên tố thì khối lượng mol được nhân với số lượng của chúng.

Giá trị khối lượng mol khi tính nồng độ

Tham số này được sử dụng để tính toán lại hầu hết các phương pháp biểu thị nồng độ của các chất. Ví dụ, các tình huống thường nảy sinh khi xác định phần khối lượng dựa trên lượng chất trong dung dịch. Thông số cuối cùng được biểu thị bằng đơn vị đo mol/lít. Để xác định trọng lượng cần thiết, lượng chất được nhân với khối lượng mol. Giá trị kết quả giảm đi 10 lần.

Khối lượng mol được sử dụng để tính toán tính quy phạm của một chất. Thông số này được sử dụng trong hóa phân tích để thực hiện các phương pháp chuẩn độ và phân tích trọng lượng khi cần thực hiện phản ứng một cách chính xác.

Đo khối lượng mol

Thí nghiệm lịch sử đầu tiên là đo mật độ của chất khí so với hydro. Các nghiên cứu sâu hơn về tính chất chung đã được thực hiện. Ví dụ, chúng bao gồm áp suất thẩm thấu, xác định sự khác biệt về độ sôi hoặc đóng băng giữa dung dịch và dung môi nguyên chất. Các thông số này tương quan trực tiếp với số lượng hạt vật chất trong hệ thống.

Đôi khi việc đo khối lượng mol được thực hiện trên một chất chưa biết thành phần. Trước đây, một phương pháp như chưng cất đẳng nhiệt đã được sử dụng. Bản chất của nó là đặt dung dịch một chất vào buồng bão hòa hơi dung môi. Trong những điều kiện này, xảy ra sự ngưng tụ hơi và nhiệt độ của hỗn hợp tăng lên, đạt đến trạng thái cân bằng và bắt đầu giảm. Nhiệt bay hơi giải phóng được tính bằng sự thay đổi tốc độ gia nhiệt và làm nguội của dung dịch.

Phương pháp hiện đại chính để đo khối lượng mol là phép đo phổ khối. Đây là cách chính để xác định hỗn hợp các chất. Với sự trợ giúp của các thiết bị hiện đại, quá trình này diễn ra tự động; ban đầu bạn chỉ cần chọn các điều kiện để tách các hợp chất trong mẫu. Phương pháp khối phổ dựa trên sự ion hóa của một chất. Kết quả là các mảnh tích điện khác nhau của hợp chất được hình thành. Phổ khối biểu thị tỷ lệ giữa khối lượng và điện tích của các ion.

Xác định khối lượng mol của chất khí

Khối lượng mol của bất kỳ loại khí hoặc hơi nào đều được đo đơn giản. Nó là đủ để sử dụng kiểm soát. Cùng một thể tích của một chất khí bằng lượng của một chất khác ở cùng nhiệt độ. Một cách phổ biến để đo thể tích hơi nước là xác định lượng không khí bị dịch chuyển. Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng một nhánh bên dẫn đến thiết bị đo.

Ứng dụng thực tế của khối lượng mol

Vì vậy, khái niệm khối lượng mol được sử dụng ở mọi nơi trong hóa học. Để mô tả quá trình tạo phức polyme và các phản ứng khác cần tính toán thông số này. Một điểm quan trọng là xác định nồng độ của hoạt chất trong dược chất. Ví dụ, các đặc tính sinh lý của một hợp chất mới được nghiên cứu bằng nuôi cấy tế bào. Ngoài ra, khối lượng mol rất quan trọng khi tiến hành các nghiên cứu sinh hóa. Ví dụ, khi nghiên cứu sự tham gia của một nguyên tố vào quá trình trao đổi chất. Hiện nay, cấu trúc của nhiều enzyme đã được biết nên có thể tính được trọng lượng phân tử của chúng, chủ yếu được đo bằng kilodalton (kDa). Ngày nay, trọng lượng phân tử của hầu hết các thành phần trong máu người, đặc biệt là huyết sắc tố, đã được biết đến. Khối lượng phân tử và mol của một chất đồng nghĩa với nhau trong một số trường hợp nhất định. Sự khác biệt của chúng nằm ở chỗ tham số cuối cùng là giá trị trung bình của tất cả các đồng vị của nguyên tử.

Bất kỳ thí nghiệm vi sinh nào nhằm xác định chính xác tác dụng của một chất lên hệ thống enzyme đều được thực hiện bằng cách sử dụng nồng độ mol. Ví dụ, trong xúc tác sinh học và các lĩnh vực khác cần nghiên cứu hoạt động của enzyme, các khái niệm như chất cảm ứng và chất ức chế được sử dụng. Để điều hòa hoạt động của enzyme ở mức độ sinh hóa cần nghiên cứu sử dụng khối lượng mol. Thông số này đã được thiết lập vững chắc trong các lĩnh vực khoa học tự nhiên và kỹ thuật như vật lý, hóa học, hóa sinh và công nghệ sinh học. Các quy trình được đặc trưng theo cách này trở nên dễ hiểu hơn từ quan điểm của các cơ chế và việc xác định các tham số của chúng. Quá trình chuyển đổi từ khoa học cơ bản sang khoa học ứng dụng sẽ không hoàn thành nếu không có chỉ số về khối lượng mol, bắt đầu từ các dung dịch sinh lý, hệ đệm và kết thúc bằng việc xác định liều lượng dược chất cho cơ thể.

Trong hóa học, người ta không sử dụng khối lượng tuyệt đối của phân tử mà sử dụng khối lượng phân tử tương đối. Nó cho thấy khối lượng của một phân tử lớn hơn 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon bao nhiêu lần. Đại lượng này được ký hiệu là Mr.

Khối lượng phân tử tương đối bằng tổng khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tử cấu thành nó. Hãy tính khối lượng phân tử tương đối của nước.

Bạn biết rằng một phân tử nước chứa hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Khi đó khối lượng phân tử tương đối của nó sẽ bằng tổng tích số khối lượng nguyên tử tương đối của từng nguyên tố hóa học và số nguyên tử của nó trong phân tử nước:

Biết khối lượng phân tử tương đối của các chất khí, người ta có thể so sánh mật độ của chúng, nghĩa là tính mật độ tương đối của khí này với khí khác - D(A/B). Mật độ tương đối của khí A và khí B bằng tỷ lệ khối lượng phân tử tương đối của chúng:

Hãy tính mật độ tương đối của carbon dioxide với hydro:

Bây giờ chúng tôi tính toán mật độ tương đối của carbon dioxide với hydro:

D(arc/hydr) = Mr(arc) : Mr(hydr) = 44:2 = 22.

Như vậy, carbon dioxide nặng hơn hydro 22 lần.

Như bạn đã biết, định luật Avogadro chỉ áp dụng cho các chất khí. Nhưng các nhà hóa học cần phải có ý tưởng về số lượng phân tử và thành phần của chất lỏng hoặc chất rắn. Vì vậy, để so sánh số lượng phân tử trong các chất, các nhà hóa học đưa ra giá trị - khối lượng mol .

Khối lượng mol được ký hiệu M, nó bằng số lượng với trọng lượng phân tử tương đối.

Tỉ số giữa khối lượng của một chất và khối lượng mol của nó gọi là lượng chất .

Lượng chất được chỉ định N. Đây là đặc tính định lượng của một phần chất, cùng với khối lượng và thể tích. Lượng chất được đo bằng mol.

Từ "nốt ruồi" xuất phát từ chữ "phân tử". Số lượng phân tử trong một chất bằng nhau là như nhau.

Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng 1 mol chất có chứa các hạt (ví dụ: phân tử). Số này được gọi là số Avogadro. Và nếu chúng ta thêm vào nó một đơn vị đo lường - 1/mol, thì nó sẽ là một đại lượng vật lý - hằng số Avogadro, được ký hiệu là N A.

Khối lượng mol được đo bằng g/mol. Ý nghĩa vật lý của khối lượng mol là khối lượng này bằng 1 mol chất.

Theo định luật Avogadro, 1 mol chất khí bất kỳ đều có thể tích bằng nhau. Thể tích của một mol khí gọi là thể tích mol và ký hiệu là Vn.

Trong điều kiện bình thường (là 0 °C và áp suất bình thường - 1 atm hoặc 760 mm Hg hoặc 101,3 kPa), thể tích mol là 22,4 l/mol.

Khi đó lượng chất khí ở mặt đất là có thể được tính bằng tỉ số giữa thể tích khí và thể tích mol.

NHIỆM VỤ 1. Lượng chất nào tương ứng với 180 g nước?

NHIỆM VỤ 2. Chúng ta hãy tính thể tích ở mức 0 sẽ bị carbon dioxide chiếm giữ với lượng 6 mol.

Tài liệu tham khảo

Tuyển tập các bài toán, bài tập hóa học: lớp 8: vào sách giáo khoa của P.A. Orzhekovsky và những người khác. “Hóa học, lớp 8” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006. (tr. 29-34)
Ushakova O.V. Sách bài tập hóa học: lớp 8: vào sách giáo khoa của P.A. Orzhekovsky và những người khác. lớp 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orzhekovsky; dưới. biên tập. giáo sư P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (tr. 27-32)
Hóa học: lớp 8: SGK. cho giáo dục phổ thông tổ chức / P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcherykova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005. (§§ 12, 13)
Hóa học: inorg. hóa học: sách giáo khoa. cho lớp 8. cơ sở giáo dục phổ thông / G.E. Viêm Rudz, F.G. Feldman. - M.: Education, OJSC “Sách giáo khoa Moscow”, 2009. (§§ 10, 17)
Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em. Tập 17. Hóa học/Chương. ed.V.A. Volodin, Ved. có tính khoa học biên tập. Tôi. Leenson. - M.: Avanta+, 2003.

Bộ sưu tập thống nhất các tài nguyên giáo dục kỹ thuật số ().
Phiên bản điện tử của tạp chí “Hóa học và cuộc sống” ().
Bài kiểm tra hóa học (trực tuyến) ().

bài tập về nhà

1.tr.69 số 3; tr.73 số 1, 2, 4 từ sách giáo khoa “Hóa học: lớp 8” (P.A. Orzhekovsky, L.M. Meshcherykova, L.S. Pontak. M.: AST: Astrel, 2005).

2. №№ 65, 66, 71, 72 từ Tuyển tập các bài toán và bài tập hóa học lớp 8: đến SGK của P.A. Orzhekovsky và những người khác. “Hóa học, lớp 8” / P.A. Orzhekovsky, N.A. Titov, F.F. Hegel. - M.: AST: Astrel, 2006.