Ogni persona sa che i corpi intorno a noi sono fatti di atomi e molecole. Hanno forme e strutture diverse. Quando si risolvono problemi di chimica e fisica, è spesso necessario trovare la massa di una molecola. Considera in questo articolo diversi metodi teorici per risolvere questo problema.
Informazioni generali
Prima di considerare come trovare la massa di una molecola, dovresti familiarizzare con il concetto stesso. Ecco alcuni esempi.
Una molecola è solitamente chiamata insieme di atomi che sono uniti tra loro da uno o dall' altro tipo di legame chimico. Inoltre, dovrebbero e possono essere considerati nel loro insieme in vari processi fisici e chimici. Questi legami possono essere ionici, covalenti, metallici o di van der Waals.
La famosa molecola d'acqua ha la formula chimica H2O. L'atomo di ossigeno in esso contenuto è collegato mediante legami covalenti polari con due atomi di idrogeno. Questa struttura determina molte delle proprietà fisiche e chimiche dell'acqua liquida, del ghiaccio e del vapore.
Il gas naturale metano è un altro brillante rappresentante di una sostanza molecolare. Si formano le sue particelleun atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno (CH4). Nello spazio, le molecole hanno la forma di un tetraedro con carbonio al centro.
L'aria è una miscela complessa di gas, costituita principalmente da molecole di ossigeno O2 e azoto N2. Entrambi i tipi sono collegati da forti legami non polari covalenti doppi e tripli, il che li rende altamente chimicamente inerti.
Determinare la massa di una molecola attraverso la sua massa molare
La tavola periodica degli elementi chimici contiene una grande quantità di informazioni, tra cui ci sono le unità di massa atomica (amu). Ad esempio, un atomo di idrogeno ha un amu di 1 e un atomo di ossigeno di 16. Ognuno di questi numeri indica la massa in grammi che avrà un sistema contenente 1 mole di atomi dell'elemento corrispondente. Ricordiamo che l'unità di misura della quantità di sostanza 1 mole è il numero di particelle nel sistema, corrispondente al numero di Avogadro NA, è pari a 6.0210 23
Quando considerano una molecola, usano il concetto non di amu, ma di peso molecolare. Quest'ultimo è una semplice somma di a.m.u. per gli atomi che compongono la molecola. Ad esempio, la massa molare per H2O sarebbe 18 g/mol, e per O2 32 g/mol. Avendo un concetto generale, puoi quindi procedere ai calcoli.
La massa molare M è facile da usare per calcolare la massa di una molecola m1. Per fare ciò, usa una semplice formula:
m1=M/NLA.
In alcune attivitàsi possono dare la massa del sistema m e la quantità di materia in esso contenuta n. In questo caso, la massa di una molecola si calcola come segue:
m1=m/(nNLA).
Gas ideale
Questo concetto è chiamato un tale gas, le cui molecole si muovono casualmente in direzioni diverse ad alta velocità, non interagiscono tra loro. Le distanze tra loro superano di gran lunga le loro stesse dimensioni. Per un tale modello, vale la seguente espressione:
PV=nRT.
Si chiama legge di Mendeleev-Clapeyron. Come puoi vedere, l'equazione mette in relazione la pressione P, il volume V, la temperatura assoluta T e la quantità di sostanza n. Nella formula R è la costante del gas, numericamente uguale a 8.314. La legge scritta è detta universale perché non dipende dalla composizione chimica del sistema.
Se sono noti tre parametri termodinamici - T, P, V e il valore m del sistema, allora la massa di una molecola di gas ideale m1 non è difficile da determinare con la seguente formula:
m1=mRT/(NLAPV).
Questa espressione può anche essere scritta in termini di densità del gas ρ e costante di Boltzmann kB:
m1=ρkBT/P.
Esempio di problema
È noto che la densità di alcuni gas è 1.225 kg/m3a pressione atmosferica 101325 Pa e temperatura 15 oC. Qual è la massa di una molecola? Di che gas stai parlando?
Perché ci viene data pressione, densità e temperaturasistema, quindi è possibile utilizzare la formula ottenuta nel paragrafo precedente per determinare la massa di una molecola. Abbiamo:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Per rispondere alla seconda domanda del problema, troviamo la massa molare M del gas:
M=m1NLA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
Il valore ottenuto della massa molare corrisponde al gas aria.
