همه می دانند که اجسام اطراف ما از اتم ها و مولکول ها تشکیل شده اند. شکل ها و ساختارهای متفاوتی دارند. هنگام حل مسائل در شیمی و فیزیک، اغلب لازم است جرم یک مولکول را پیدا کنیم. در این مقاله چندین روش نظری برای حل این مشکل در نظر بگیرید.
اطلاعات عمومی
قبل از بررسی چگونگی یافتن جرم یک مولکول، باید با خود مفهوم آشنا شوید. در اینجا چند نمونه وجود دارد.
یک مولکول معمولاً به مجموعه ای از اتم ها گفته می شود که توسط یک یا آن نوع پیوند شیمیایی با یکدیگر متحد می شوند. همچنین باید و می توان آنها را در فرآیندهای مختلف فیزیکی و شیمیایی به عنوان یک کل در نظر گرفت. این پیوندها می توانند یونی، کووالانسی، فلزی یا واندروالسی باشند.
مولکول معروف آب دارای فرمول شیمیایی H2O است. اتم اکسیژن موجود در آن از طریق پیوندهای کووالانسی قطبی با دو اتم هیدروژن به هم متصل شده است. این ساختار بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی آب مایع، یخ و بخار را تعیین می کند.
گاز طبیعی متان یکی دیگر از نمایندگان درخشان یک ماده مولکولی است. ذرات آن تشکیل می شودیک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن (CH4). در فضا، مولکول‌ها شکل یک چهار وجهی با کربن در مرکز دارند.
هوا مخلوط پیچیده ای از گازها است که عمدتاً از مولکول های اکسیژن O2 و نیتروژن N2 تشکیل شده است. هر دو نوع با پیوندهای غیرقطبی کووالانسی دو و سه گانه قوی به هم متصل می شوند که آنها را از نظر شیمیایی بسیار بی اثر می کند.
تعیین جرم یک مولکول از طریق جرم مولی آن
جدول تناوبی عناصر شیمیایی حاوی مقدار زیادی اطلاعات است که در میان آنها واحدهای جرم اتمی (amu) وجود دارد. به عنوان مثال، یک اتم هیدروژن دارای آمو 1 و یک اتم اکسیژن 16 است. هر یک از این اعداد نشان دهنده جرم بر حسب گرمی است که یک سیستم حاوی 1 مول اتم عنصر مربوطه را خواهد داشت. به یاد بیاورید که واحد اندازه گیری مقدار ماده 1 مول تعداد ذرات موجود در سیستم است که مربوط به عدد آووگادرو NA است، برابر با 6.0210 است. 23.
هنگامی که یک مولکول را در نظر می گیرند، از مفهوم آمو استفاده نمی کنند، بلکه از وزن مولکولی استفاده می کنند. دومی یک جمع ساده از a.m.u است. برای اتم هایی که مولکول را تشکیل می دهند. برای مثال، جرم مولی برای H2O 18 گرم در مول، و برای O2 32 گرم در مول خواهد بود. با داشتن یک مفهوم کلی، سپس می توانید به محاسبات بروید.
جرم مولی M برای محاسبه جرم یک مولکول m1 آسان است. برای انجام این کار، از یک فرمول ساده استفاده کنید:
m1=M/NA.
در برخی کارهاجرم سیستم m و مقدار ماده موجود در آن n قابل محاسبه است. در این حالت، جرم یک مولکول به صورت زیر محاسبه می شود:
m1=m/(nNA).
گاز ایده آل
این مفهوم را چنین گازی می نامند که مولکول های آن به طور تصادفی در جهات مختلف با سرعت بالا حرکت می کنند و با یکدیگر برهمکنش ندارند. فاصله بین آنها بسیار بیشتر از اندازه آنها است. برای چنین مدلی، عبارت زیر درست است:
PV=nRT.
این قانون مندلیف-کلاپیرون نامیده می شود. همانطور که می بینید، معادله فشار P، حجم V، دمای مطلق T و مقدار ماده n را مرتبط می کند. در فرمول، R ثابت گاز است که عددی برابر با 8.314 است. قانون نوشته شده جهانی نامیده می شود زیرا به ترکیب شیمیایی سیستم بستگی ندارد.
اگر سه پارامتر ترمودینامیکی شناخته شوند - T، P، V و مقدار m سیستم، آنگاه تعیین جرم یک مولکول گاز ایده آل m1 دشوار نیست. با فرمول زیر:
m1=mRT/(NAPV).
این عبارت را می توان بر حسب چگالی گاز ρ و ثابت بولتزمن kB:
نوشت.
m1=ρkBT/P.
مشکل مثال
مشخص است که چگالی برخی از گازها 1.225 کیلوگرم بر متر است3در فشار اتمسفر 101325 Pa و دمای 15 oC. جرم یک مولکول چقدر است؟ در مورد چه گازی صحبت می کنید؟
چون به ما فشار، چگالی و دما داده می شودسپس می توانید از فرمول بدست آمده در پاراگراف قبل برای تعیین جرم یک مولکول استفاده کنید. ما داریم:
m1=ρkBT/P;
m1 =1، 2251، 3810-23288، 15/101325=4، 807 10-26 kg.
برای پاسخ به سوال دوم مسئله، جرم مولی M گاز را پیدا می کنیم:
M=m1NA;
M=4.80710-266.021023=0.029 کیلوگرم/مول.
مقدار بدست آمده از جرم مولی مربوط به هوای گاز است.
