Молекулярная физика изучает свойства тел, руководствуясь поведением отдельных молекул. Все видимые процессы протекают на уровне взаимодействия мельчайших частиц, то, что мы видим невооруженным глазом - лишь следствие этих тонких глубинных связей.
Вконтакте
Основные понятия
Молекулярная физика иногда рассматривается как теоретическое дополнение термодинамики. Возникшая намного раньше, термодинамика занималась изучением перехода тепла в работу, преследуя чисто практические цели. Она не производила теоретического обоснования, описывая лишь результаты опытов. Основные понятия молекулярной физики возникли позже, в XIX веке.
Она изучает взаимодействие тел на молекулярном уровне, руководствуясь статистическим методом, который определяет закономерности в хаотических движениях минимальных частиц – молекул. Молекулярная физика и термодинамика дополняют друг друга, рассматривая процессы с разных точек зрения. При этом термодинамика не касается атомарных процессов, имея дело только с макроскопическими телами, а молекулярная физика, напротив, рассматривает любой процесс именно с точки зрения взаимодействия отдельных структурных единиц.
Все понятия и процессы имеют собственные обозначения и описываются специальными формулами, которые наиболее наглядно представляют взаимодействия и зависимости тех или иных параметров друг от друга. Процессы и явления пересекаются в своих проявлениях, разные формулы могут содержать одни и те же величины и быть выражены разными способами.
Количество вещества
Количество вещества определяет взаимосвязь между (массой) и количеством молекул, которые содержит эта масса. Дело в том, что разные вещества при одинаковой массе имеют разное число минимальных частиц. Процессы, проходящие на молекулярном уровне, могут быть поняты только при рассмотрении именно числа атомных единиц, участвующих во взаимодействиях. Единица измерения количества вещества, принятая в системе СИ, - моль.
Внимание! Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Это число называется числом (или постоянной) Авогадро и равняется 6,02×1023.
Эта константа используется в случаях, когда для расчетов требуется учитывать микроскопическое строение данного вещества. Иметь дело с количеством молекул сложно, так как придется оперировать огромными числами, поэтому используется моль – число, определяющее количество частиц в единице массы.
Формула, определяющая количество вещества:
Расчет количества вещества производится в разных случаях, используется во многих формулах и является важным значением в молекулярной физике.
Давление газа
Давление газа - важная величина, имеющая не только теоретическое, но и практическое значение. Рассмотрим формулу давления газа, используемую в молекулярной физике, с пояснениями, необходимыми для лучшего понимания.
Для составления формулы придется сделать некоторые упрощения. Молекулы представляют собой сложные системы , имеющие многоступенчатое строение. Для простоты рассмотрим газовые частицы в определенном сосуде как упругие однородные шарики, не взаимодействующие друг с другом (идеальный газ).
Скорость движения минимальных частиц также будем считать одинаковой. Введя такие упрощения, не сильно меняющие истинное положение, можно вывести такое определение: давление газа - это сила, которую оказывают удары молекул газа на стенки сосудов.
При этом, учитывая трехмерность пространства и наличие двух направлений каждого измерения, можно ограничить количество структурных единиц, воздействующих на стенки, как 1/6 часть.
Таким образом, сведя воедино все эти условия и допущения, можем вывести формулу давления газа в идеальных условиях .
Формула выглядит так:
где P - давление газа;
n - концентрация молекул;
K - постоянная Больцмана (1,38×10-23);
Ek - молекул газа.
Существует еще один вариант формулы:
P = nkT,
где n - концентрация молекул;
T - абсолютная температура.
Формула объема газа
Объем газа - это пространство, которое занимает данное количество газа в определенных условиях. В отличие от твердых тел, имеющих постоянный объем, практически не зависящий от окружающих условий, газ может менять объем в зависимости от давления или температуры.
Формула объема газа – это уравнение Менделеева-Клапейрона, которое выглядит таким образом:
PV = nRT
где P - давление газа;
V - объем газа;
n - число молей газа;
R - универсальная газовая постоянная;
T - температура газа.
Путем простейших перестановок получаем формулу объема газа:
Важно! Согласно закону Авогадро равные объемы любых газов, помещенные в совершенно одинаковые условия - давление, температура - будут всегда содержать равное количество минимальных частиц.
Кристаллизация
Кристаллизация - это фазовый переход вещества из жидкого в твердое состояние, т.е. процесс, обратный плавлению. Процесс кристаллизации происходит с выделением теплоты , которую требуется отводить от вещества. Температура совпадает с точкой плавления, весь процесс описывается формулой:
Q = λm,
где Q - количество теплоты;
λ - теплота плавления;
Эта формула описывает как кристаллизацию, так и плавление, поскольку они, по сути, являются двумя сторонами одного процесса. Для того чтобы вещество кристаллизовалось, необходимо охладить его до температуры плавления , а затем отвести количество тепла, равное произведению массы на удельную теплоту плавления (λ). Во время кристаллизации температура не меняется.
Существует еще один вариант понимания этого термина - кристаллизация из перенасыщенных растворов. В этом случае причиной перехода становится не только достижение определенной температуры, но и степень насыщения раствора определенным веществом. На определенном этапе количество частиц растворенного вещества становится слишком большим, что вызывает образование мелких монокристалликов. Они присоединяют молекулы из раствора, производя послойный рост. В зависимости от условий роста кристаллы имеют различную форму.
Число молекул
Определить количество частиц, содержащееся в данной массе вещества, проще всего при помощи следующей формулы:
Отсюда выходит, что число молекул равняется:
То есть необходимо прежде всего определить количество вещества, приходящееся на определенную массу. Затем оно умножается на число Авогадро, в результате чего получаем количество структурных единиц. Для соединений подсчет ведется суммированием атомного веса компонентов. Рассмотрим простой пример:
Определим количество молекул воды в 3 граммах. Формула (H2O) содержит два атома и один . Общий атомный вес минимальной частицы воды составит: 1+1+16 = 18 г/моль.
Количество вещества в 3 граммах воды:
Число молекул:
1/6 × 6 × 1023 = 1023.
Формула массы молекулы
Один моль всегда содержит одинаковое количество минимальных частиц. Следовательно, зная массу моля, можно разделить ее на количество молекул (число Авогадро), получив в результате массу системной единицы.
Следует учесть, что эта формула относится лишь к неорганическим молекулам. Размеры органических молекул намного больше , их величина или вес имеют совсем другие значения.
Молярная масса газа
Молярная масса - это масса в килограммах одного моля вещества . Поскольку в одном моле содержится одинаковое количество структурных единиц, формула молярной массы имеет такой вид:
M = κ × Mr
где k - коэффициент пропорциональности;
Mr - атомная масса вещества.
Молярная масса газа может быть рассчитана по уравнению Менделеева-Клапейрона:
pV = mRT / M,
из которой можно вывести:
M = mRT / pV
Таким образом, молярная масса газа прямо пропорциональна произведению массы газа на температуру и универсальную газовую постоянную и обратно пропорциональна произведению давления газа и его объема.
Внимание! Следует учесть, что молярная масса газа как элемента может отличаться от газа как вещества, например, молярная масса элемента кислорода (О) равна 16 г/моль, а масса кислорода как вещества (О2) равна 32 г/моль.
Основные положения МКТ.
Физика за 5 минут — молекулярная физика
Вывод
Формулы, которые содержат молекулярная физика и термодинамика, позволяют вычислить количественные значения всех процессов, происходящих с твердыми веществами и газами. Такие расчеты необходимы как в теоретических изысканиях, так и на практике, поскольку они способствуют решению практических задач.
Поговорим о том, что такое количество вещества, как данный термин используется в предметах естественнонаучного цикла. Так как количественным отношениям в химии, физике отводится серьезное внимание, важно знать физический смысл всех величин, их единицы измерения, области применения.
Обозначение, определение, единицы измерения
В химии особое значение имеют количественные отношения. Для проведения расчетов по уравнениям используются специальные величины. Для того чтобы понять, что такое количество вещества в химии, дадим термину определение. которая характеризует число аналогичных структурных единиц (атомов, ионов, молекул, электронов), имеющихся в веществе. Чтобы понять, что такое количество вещества, отметим, что у данной величины есть свое обозначение. При проведении расчетов, подразумевающих применение этой величины, используют букву n. Единицы измерения - моль, кмоль, ммоль.
Значение величины
Восьмиклассники, которые еще не умеют писать химические уравнения, не знают, что такое количество вещества, как использовать данную величину в расчетах. После знакомства с законом постоянства массы веществ, становится понятно значение этой величины. К примеру, в реакции горения водорода в кислороде соотношение реагирующих веществ составляет два к одному. Если будет известна масса водорода, вступившего в процесс, можно определить количество кислорода, принявшего участие в химической реакции.
Применение формул на количество вещества позволяет сократить соотношение между исходными реактивами, упростить вычисления. Что такое количество вещества в химии? С точки зрения математических вычислений, это стереохимические коэффициенты, поставленные в уравнении. Именно их используют для того, чтобы проводить определенные вычисления. Та как считать количество молекул неудобно, то пользуются именно Молем. Используя можно рассчитать, что 1 моль любого реагента включает 6 ·1023 моль −1 .
Вычисления
Хотите понять, что такое количество вещества? В физике также используется данная величина. Она нужна в где проводятся вычисления давления, объема газообразных веществ по уравнению Менделеева-Клапейрона. Чтобы выполнять любые количественные расчёты, применяется понятие
Под ней подразумевают ту массу, которая соответствует одному молю конкретного химического вещества. Определить молярную массу можно через (их сумму с учетом числа атомов в молекуле) или определить через известную массу вещества, его количество (моль).
Ни одна задача школьного курса химии, связанная с вычислениями по уравнению, не обходится без использования такого термина, как «количество вещества». Владея алгоритмом, можно справиться не только с обычными программными расчётами, но и со сложными олимпиадными заданиями. Помимо вычислений через массу вещества, также можно с помощью данного понятия, проводить вычисления через молярный объем. Это актуально в тех случаях, когда во взаимодействии принимают участие газообразные вещества.
Итак, количество вещества в химии обозначается греческой буквой ню.
Помню, как в 9-м классе мой учитель физики Игорь Юрьевич учил меня правильно писать букву ню. До этого она у меня получалась немного коряво.
Но поскольку на БВ не проходят греческие буквы, я буду обозначать количество вещества латинской буквой v. Латинская v очень похожа на греческую ню.
Рассмотрим следующие случаи.
1) Если нам известно количество частиц вещества, то количество вещества можно найти по формуле:
v количество вещества;
n количество частиц вещества. Это безразмерная величина, то есть это просто число. Правда, это число бывает очень большим, например, 5*(10^24).
NA постоянная Авогадро. Постоянная Авогадро представляет собой универсальную константу . NA = 6,022*(10^23) моль^(1).
2) Если нам известна масса вещества, то количество вещества находится по следующей формуле:
v количество вещества;
m масса вещества;
M молярная масса вещества находится по химической формуле вещества, при помощи периодической системы Д. И. Менделеева, путм суммирования атомных масс всех входящих в молекулу атомов с учтом имеющихся индексов.
3) Если нам известен объм газообразного вещества, то мы можем найти количество вещества газа по такой формуле:
v количество вещества;
V объм газа;
Vm молярный объм газов. Молярный объм газов это универсальная константа. Vm = 22,414 л/моль = 22414 м3/моль.
Повторюсь, что формула v = V/Vm верна только для газов !
Наконец, рассмотрим Ваш случай.
Вам по условию даны объм и объмная доля.
Я рискну предположить, что у Вас задача примерно такого рода:
Объм газовой смеси составляет 240 л. Объмная доля кислорода в смеси равна 45%. Вычислите количество вещества кислорода в смеси.
Такая задача решается в два действия.
1) Находим объм кислорода:
V (O2) = V0 * ф / 100 = 240 л * 45 / 100 = 108 л.
(Ф это объмная доля, она обозначается греческой буквой фи. Вместо не приходится писать русскую ф).
2) Находим количество вещества кислорода. Кислород это газ, значит, мы имеем право воспользоваться формулой v = V/Vm.
v (O2) = V/Vm = 108 л: 22,414 л/моль = 4,818 моль . Округление произведено до тысячных.
В химии количество вещества измеряют в молях . В одном моле количество вещества численно = постоянной Авогадро (NA = 6,022). Если число молекул N равно NA, то их вес в атомных единицах массы (а.е.м.) равен их весу в граммах. Следовательно, чтобы перевести а.е.м. в граммы, просто умножаем их на NA (6,022*а.е.м.= 1г).
Массу 1 моля вещества принято называть молярной массой (обозначается буквой M), которая определяется посредством умножения молекулярной массы на постоянную Авогадро.
Молекулярную массу находят путем сложения атомной массы атомов, которые входят в состав молекулы конкретного вещества. Классический пример молекулярной массы для молекул воды: 1*2+16=18 г/моль.
Количество вещества вычисляется по формуле : n = mM, в которой m это масса вещества.
Число молекул: N = NA*n
для газов используется такая формула: V = Vm *n, в которой Vm это молярный объем газа, при нормальных условиях равный 22,4 л/моль.
Общее соотношение таково:
Количество вещества - это химический термин, который используется и некоторых случаях для подсчета количества однотипных структурных единиц.
Еще в школе преподают подобный материал и комы было интересно запомнил это информацию и формулы.
Но если кто забыл, может освежить память:
Задачи решаем с применением формулы n = mM, где m принимаем за массу вещества.
Количество вещества - это число молекул и обозначается молями.
1 моль равняется 6,02.1023 структурных частиц вещества.
Здесь можно посмотреть, как решаются подобные задачи.
Нахождение количество вещества обычно используется в физике или химии. Есть несколько формул, по которым можно найти количество вещества, в зависимости от данных нам в условии задачи данных. Вот эти формулы:
Количество вещества можно найти, следует разделить массу на молярную массу
Частенько можно заметить, как используют такое понятие, как молярный объем - V(m). Он равняется объему одного моль вещества - имеет следующую формулу:
Еще можно использовать следствие из одного из основных законов химической науки - закон Авогардо.
Количество вещества представляет собой физическую величину, характеризующуюся однотипными структурными единицами, имеющимися в веществе. Так вот под этими структурными единицами подразумеваются любые составляющие вещество частицы (молекулы, ионы, атомы, электроны и прочее). Количество вещества измеряется в системе СИ в молях.
Вот как можно найти количество вещества:
Наибольшее распространение для поиска количества вещества получила следующая формула
Как видим, расчты необходимо строить отталкиваясь от вводных данных, то если либо от массы, либо от объма вещества.
Единица измерения количества вещества - моль. Обозначается через букву n . Общие формулы для нахождения:
В формуле могли встретиться незнакомые обозначения, надо четко знать, что:
N - число молекул;
Vm молярный объм газов (постоянная величина равная 22,414 л/моль).
Прежде всего давайте разберемся, что такое количество вещества.
Под этим понятием понимают такую величину, которая характеризует количество структурных однотипных единиц вещества. Структурными единицами могут быть как атомы, молекулы, так и электроны, ионы.
Количество вещества измеряется в молях.
Один моль содержит определенное количество вещества, которое носит название постоянная Авогадро или число Авогадро.
Это число равно NA = 6,022 141 79(30)1023 моль1.
Так вот количество вещества можно найти по следующей формуле:
n = m / M
где m - это будет масса вещества, а M - это будет молярная масса вещества.
Есть еще одна формула:
n = V / Vm
где V - это будет объем газа в нормальных условиях, а Vm - это будет молярный объем газа при нормальных условиях (он равняется 22,4 л/моль).
Относительные массы атомов и молекул определяются с использованием приведенных в таблице Д.И. Менделеева величин атомных масс. При этом, при проведении расчетов для учебных целей значения атомных масс элементов обычно округляются до целых чисел (за исключением хлора, атомная масса которого принимается равной 35,5).
Пример 1. Относительная атомная масса кальция А r (Са)=40; относительная атомная масса платины А r (Pt)=195.
Относительная масса молекулы рассчитывается как сумма относительных атомных масс составляющих данную молекулу атомов с учетом количества их вещества.
Пример 2. Относительная молярная масса серной кислоты:
М r (H 2 SO 4) = 2A r (H) + A r (S) + 4A r (O) = 2· 1 + 32 + 4· 16 = 98.
Величины абсолютных масс атомов и молекул находятся делением массы 1 моль вещества на число Авогадро.
Пример 3. Определите массу одного атома кальция.
Решение. Атомная масса кальция составляет А r (Са)=40 г/моль. Масса одного атома кальция окажется равной:
m(Ca)= А r (Ca) : N A =40: 6,02· 10 23 = 6,64· 10 -23 г.
Пример 4. Определите массу одной молекулы серной кислоты.
Решение. Молярная масса серной кислоты равна М r (H 2 SO 4) = 98. Масса одной молекулы m(H 2 SO 4) равна:
m(H 2 SO 4) = М r (H 2 SO 4) : N A = 98:6,02· 10 23 = 16,28· 10 -23 г.
2.10.2. Расчет количества вещества и вычисление числа атомных и молекулярных частиц по известным значениям массы и объема
Количество вещества определяется путем деления его массы, выраженной в граммах, на его атомную (молярную) массу. Количество вещества, находящегося в газообразном состоянии при н.у., находится делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л).
Пример 5. Определите количество вещества натрия n(Na), находящегося в 57,5 г металлического натрия.
Решение. Относительная атомная масса натрия равна А r (Na)=23. Количество вещества находим делением массы металлического натрия на его атомную массу:
n(Na)=57,5:23=2,5 моль.
Пример 6 . Определите количество вещества азота, если его объем при н.у. составляет 5,6 л.
Решение. Количество вещества азота n(N 2) находим делением его объема на объем 1 моль газа (22,4 л):
n(N 2)=5,6:22,4=0,25 моль.
Число атомов и молекул в веществе определяется умножением количества вещества атомов и молекул на число Авогадро.
Пример 7. Определите число молекул, содержащихся в 1 кг воды.
Решение. Количество вещества воды находим делением ее массы (1000 г) на молярную массу (18 г/моль):
n(Н 2 О) = 1000:18=55,5 моль.
Число молекул в 1000 г воды составит:
N(Н 2 О) = 55,5· 6,02· 10 23 = 3,34· 10 24 .
Пример 8. Определите число атомов, содержащихся в 1 л (н.у.) кислорода.
Решение. Количество вещества кислорода, объем которого при нормальных условиях составляет 1 л равно:
n(О 2) = 1: 22,4 = 4,46· 10 -2 моль.
Число молекул кислорода в 1 л (н.у.) составит:
N(О 2) = 4,46· 10 -2 · 6,02· 10 23 = 2,69· 10 22 .
Следует отметить, что 26,9· 10 22 молекул будет содержаться в 1 л любого газа при н.у. Поскольку молекула кислорода двухатомна, число атомов кислорода в 1 л будет в 2 раза больше, т.е. 5,38· 10 22 .
2.10.3. Расчет средней
молярной массы газовой смеси и объемной доли
содержащихся в ней газов
Средняя молярная масса газовой смеси рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей.
Пример 9. Полагая, что содержание (в объемных процентах) азота, кислорода и аргона в воздухе соответственно составляет 78, 21 и 1, рассчитайте среднюю молярную массу воздуха.
Решение.
М возд = 0,78· М r (N 2)+0,21· М r (O 2)+0,01· М r (Ar)= 0,78· 28+0,21· 32+0,01· 40 = 21,84+6,72+0,40=28,96
Или приблизительно 29 г/моль.
Пример 10. Газовая смесь содержит 12 л NH 3 , 5 л N 2 и 3 л Н 2 , измеренных при н.у. Рассчитать объемные доли газов в этой смеси и ее среднюю молярную массу.
Решение. Общий объем смеси газов равен V=12+5+3=20 л. Объемные доли j газов окажутся равными:
φ(NH 3)= 12:20=0,6; φ(N 2)=5:20=0,25; φ(H 2)=3:20=0,15.
Средняя молярная масса рассчитывается на основе объемных долей составляющих эту смесь газов и их молекулярных масс:
М=0,6· М(NH 3)+0,25· M(N 2)+0,15· M(H 2) = 0,6· 17+0,25· 28+0,15· 2 = 17,5.
2.10.4. Расчет массовой доли химического элемента в химическом соединении
Массовая доля ω химического элемента определяется как отношение массы атома данного элемента Х, содержащегося в данной массе вещества к массе этого вещества m. Массовая доля – безразмерная величина. Ее выражают в долях от единицы:
ω(X) = m(X)/m (0 <ω< 1);
или в процентах
ω(X),%= 100 m(X)/m (0% <ω<100%),
где ω(X) – массовая доля химического элемента X; m(X) – масса химического элемента X; m – масса вещества.
Пример 11. Рассчитайте массовую долю марганца в оксиде марганца (VII).
Решение. Молярные массы веществ равны: М(Mn) = 55 г/моль, М(О) = 16 г/моль, M(Mn 2 O 7)=2М(Mn)+7М(О)= 222 г/моль. Следовательно, масса Mn 2 O 7 количеством вещества 1 моль составляет:
m(Mn 2 O 7) = M(Mn 2 O 7)· n(Mn 2 O 7) = 222· 1= 222 г.
Из формулы Mn 2 O 7 следует, что количество вещества атомов марганца в два раза больше количества вещества оксида марганца (VII). Значит,
n(Mn) = 2n(Mn 2 O 7) = 2 моль,
m(Mn)= n(Mn)· M(Mn) = 2· 55 = 110 г.
Таким образом, массовая доля марганца в оксиде марганца(VII) равна:
ω(X)=m(Mn) : m(Mn 2 O 7) = 110:222 = 0,495 или 49,5%.
2.10.5. Установление формулы химического соединения по его элементному составу
Простейшая химическая формула вещества определяется на основании известных величин массовых долей входящих в состав этого вещества элементов.
Допустим имеется образец вещества Na x P y O z массой m o г. Рассмотрим как определяется его химическая формула, если известны количества вещества атомов элементов, их массы или массовые доли в известной массе вещества. Формула вещества определяется отношением:
x: y: z = N(Na) : N(P) : N(O).
Это отношение не изменится, если каждый его член разделить на число Авогадро:
x: y: z = N(Na)/N A: N(P)/N A: N(O)/N A = ν(Na) : ν(P) : ν(O) .
Таким образом, для нахождения формулы вещества необходимо знать соотношение между количествами веществ атомов в одной и той же массе вещества:
x: y: z = m(Na)/M r (Na) : m(P)/M r (P) : m(O)/M r (O).
Если разделить каждый член последнего уравнения на массу образца m o , то получим выражение, позволяющее определить состав вещества:
x: y: z = ω(Na)/M r (Na) : ω(P)/M r (P) : ω(O)/M r (O).
Пример 12. Вещество содержит 85,71 масс. % углерода и 14,29 масс. % водорода. Молярная его масса равна 28 г/моль. Определите простейшую и истинную химические формулы этого вещества.
Решение. Соотношение между количеством атомов в молекуле С х Н у определяется делением массовых долей каждого элемента на его атомную массу:
х: у = 85,71/12: 14,29/1 = 7,14:14,29 = 1: 2.
Таким образом простейшая формула вещества - СН 2 . Простейшая формула вещества не всегда совпадает с его истинной формулой. В данном случае формула СН 2 не соответствует валентности атома водорода. Для нахождения истинной химической формулы необходимо знать молярную массу данного вещества. В данном примере молярная масса вещества равна 28 г/моль. Разделив 28 на 14 (сумму атомных масс, отвечающих формульной единице СН 2), получаем истинное соотношение между числом атомов в молекуле:
Получаем истинную формулу вещества: С 2 Н 4 - этилен.
Вместо молярной массы для газообразных веществ и паров в условии задачи может быть указана плотность по какому-либо газу или по воздуху.
В рассматриваемом случае плотность газа по воздуху составляет 0,9655. На основании этой величины может быть найдена молярная масса газа:
М = М возд · D возд = 29· 0,9655 = 28.
В этом выражении М – молярная масса газа С х Н у, М возд – средняя молярная масса воздуха, D возд - плотность газа С х Н у по воздуху. Полученная величина молярной массы используется для определения истинной формулы вещества.
В условии задачи может не указываться массовая доля одного из элементов. Она находится вычитанием из единицы (100%) массовых долей всех остальных элементов.
Пример 13. Органическое соединение содержит 38,71 масс. % углерода, 51,61 масс. % кислорода и 9,68 масс. % водорода. Определить истинную формулу этого вещества, если плотность его паров по кислороду составляет 1,9375.
Решение. Рассчитываем соотношение между количеством атомов в молекуле С х Н y О z:
х: у: z = 38,71/12: 9,68/1: 51,61/16 = 3,226: 9,68: 3,226= 1:3:1.
Молярная масса М вещества равна:
М = М(O 2)· D(O 2) = 32· 1,9375 = 62.
Простейшая формула вещества СН 3 О. Сумма атомных масс для этой формульной единицы составит 12+3+16=31. Делим 62 на 31 и получаем истинное соотношение между количеством атомов в молекуле:
х: у: z = 2: 6: 2.
Таким образом, истинная формула вещества С 2 Н 6 О 2 . Эта формула отвечает составу двухатомного спирта – этиленгликоля: СН 2 (ОН)-СН 2 (ОН).
2.10.6. Определение молярной массы вещества
Молярная масса вещества может быть определена на основе величины плотности его паров по газу с известной величиной молярной массы.
Пример 14 . Плотность паров некоторого органического соединения по кислороду равна 1,8125. Определите молярную массу этого соединения.
Решение. Молярная масса неизвестного вещества М x равна произведению относительной плотности этого вещества D на молярную массу вещества M, по которому определено значение относительной плотности:
М x = D· M = 1,8125· 32 = 58,0.
Веществами с найденным значением молярной массы могут быть ацетон, пропионовый альдегид и аллиловый спирт.
Молярная масса газа может быть рассчитана с использованием величины молярного его объема при н.у.
Пример 15. Масса 5,6 л газа при н.у. составляет 5,046 г. Рассчитайте молярную массу этого газа.
Решение. Молярный объем газа при н.у равен 22,4 л. Следовательно, молярная масса искомого газа равна
М = 5,046· 22,4/5,6 = 20,18.
Искомый газ – неон Ne.
Уравнение Клапейрона–Менделеева используется для расчета молярной массы газа, объем которого задан при условиях, отличающихся от нормальных.
Пример 16. При температуре 40 о С и давлении 200 кПа масса 3,0 л газа составляет 6,0 г. Определите молярную массу этого газа.
Решение. Подставляя известные величины в уравнение Клапейрона–Менделеева получаем:
М = mRT/PV = 6,0· 8,31· 313/(200· 3,0)= 26,0.
Рассматриваемый газ – ацетилен С 2 Н 2 .
Пример 17. При сгорании 5,6 л (н.у.) углеводорода получено 44,0 г углекислого газа и 22,5 г воды. Относительная плотность углеводорода по кислороду равна 1,8125. Определите истинную химическую формулу углеводорода.
Решение. Уравнение реакции сгорания углеводорода можно представить следующим образом:
С х Н y + 0,5(2x+0,5y)О 2 = х СО 2 + 0,5у Н 2 О.
Количество углеводорода составляет 5,6:22,4=0,25 моль. В результате реакции образуется 1 моль углекислого газа и 1,25 моль воды, которая содержит 2,5 моль атомов водорода. При сжигании углеводорода количеством вещества 1 моль получается 4 моль углекислого газа и 5 моль воды. Таким образом, 1 моль углеводорода содержит 4 моль атомов углерода и 10 моль атомов водорода, т.е. химическая формула углеводорода С 4 Н 10 . Молярная масса этого углеводорода равна М=4· 12+10=58. Его относительная плотность по кислороду D=58:32=1,8125 соответствует величине, приведенной в условии задачи, что подтверждает правильность найденной химической формулы.
