Tothom sap que els cossos que ens envolten estan formats per àtoms i molècules. Tenen diferents formes i estructures. Quan es resolen problemes de química i física, sovint cal trobar la massa d'una molècula. Considereu en aquest article diversos mètodes teòrics per resoldre aquest problema.
Informació general
Abans de plantejar-vos com trobar la massa d'una molècula, hauríeu de familiaritzar-vos amb el concepte en si. Aquests són alguns exemples.
Se sol anomenar una molècula un conjunt d'àtoms que estan units entre si per un o altre tipus d'enllaç químic. A més, haurien i poden ser considerats com un tot en diversos processos físics i químics. Aquests enllaços poden ser iònics, covalents, metàl·lics o van der Waals.
La coneguda molècula d'aigua té la fórmula química H2O. L'àtom d'oxigen que hi ha està connectat mitjançant enllaços covalents polars amb dos àtoms d'hidrogen. Aquesta estructura determina moltes de les propietats físiques i químiques de l'aigua líquida, el gel i el vapor.
El metà de gas natural és un altre representant brillant d'una substància molecular. Es formen les seves partículesun àtom de carboni i quatre àtoms d'hidrogen (CH4). A l'espai, les molècules tenen la forma d'un tetraedre amb carboni al centre.
L'aire és una barreja complexa de gasos, que consisteix principalment en molècules d'oxigen O2 i nitrogen N2. Tots dos tipus estan connectats per forts enllaços no polars covalents dobles i triples, la qual cosa els fa altament inerts químicament.
Determinació de la massa d'una molècula a través de la seva massa molar
La taula periòdica dels elements químics conté una gran quantitat d'informació, entre les quals hi ha les unitats de massa atòmica (amu). Per exemple, un àtom d'hidrogen té una amu d'1 i un àtom d'oxigen de 16. Cadascun d'aquests nombres indica la massa en grams que tindrà un sistema que conté 1 mol d'àtoms de l'element corresponent. Recordeu que la unitat de mesura de la quantitat de substància 1 mol és el nombre de partícules del sistema, corresponent al nombre d'Avogadro NA, és igual a 6,0210 23.
Quan es consideren una molècula, utilitzen el concepte no d'amu, sinó de pes molecular. Aquesta última és una simple suma d'a.m.u. pels àtoms que formen la molècula. Per exemple, la massa molar per a H2O seria de 18 g/mol i per a O2 32 g/mol. Si tens un concepte general, pots procedir als càlculs.
La massa molar M és fàcil d'utilitzar per calcular la massa d'una molècula m1. Per fer-ho, utilitzeu una fórmula senzilla:
m1=M/NA.
En algunes tasquesEs pot donar la massa del sistema m i la quantitat de matèria n. En aquest cas, la massa d'una molècula es calcula de la següent manera:
m1=m/(nNA).
Gasolina ideal
Aquest concepte s'anomena aquest gas, les molècules del qual es mouen aleatòriament en diferents direccions a gran velocitat, no interaccionen entre elles. Les distàncies entre ells superen amb escreix les seves pròpies mides. Per a aquest model, l'expressió següent és certa:
PV=nRT.
S'anomena llei de Mendeleiev-Clapeyron. Com podeu veure, l'equació relaciona la pressió P, el volum V, la temperatura absoluta T i la quantitat de substància n. A la fórmula, R és la constant del gas, numèricament igual a 8.314. La llei escrita s'anomena universal perquè no depèn de la composició química del sistema.
Si es coneixen tres paràmetres termodinàmics: T, P, V i el valor m del sistema, aleshores la massa d'una molècula de gas ideal m1 no és difícil de determinar amb la fórmula següent:
m1=mRT/(NAPV).
Aquesta expressió també es pot escriure en termes de densitat de gas ρ i constant de Boltzmann kB:
m1=ρkBT/P.
Problema d'exemple
Se sap que la densitat d'algun gas és 1,225 kg/m3a pressió atmosfèrica 101325 Pa i temperatura 15 oC. Quina és la massa d'una molècula? De quin gas estàs parlant?
Perquè ens donen pressió, densitat i temperaturasistema, llavors podeu utilitzar la fórmula obtinguda al paràgraf anterior per determinar la massa d'una molècula. Tenim:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Per respondre a la segona pregunta del problema, busquem la massa molar M del gas:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
El valor obtingut de la massa molar correspon al gas aire.
