Uma das unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI) é a unidade de quantidade de uma substância é o mol.
toupeira – esta é uma quantidade de uma substância que contém tantas unidades estruturais de uma dada substância (moléculas, átomos, íons, etc.) quanto há átomos de carbono em 0,012 kg (12 g) de um isótopo de carbono 12 Com .
Dado que o valor da massa atômica absoluta do carbono é m(C) \u003d 1,99 10 26 kg, você pode calcular o número de átomos de carbono N MAS contido em 0,012 kg de carbono.
Um mol de qualquer substância contém o mesmo número de partículas dessa substância (unidades estruturais). O número de unidades estruturais contidas em uma substância com a quantidade de um mol é 6,02 10 23 e chamou número de Avogadro (N MAS ).
Por exemplo, um mol de cobre contém 6,02 10 23 átomos de cobre (Cu), e um mol de hidrogênio (H 2) contém 6,02 10 23 moléculas de hidrogênio.
massa molar(M) é a massa de uma substância tomada em uma quantidade de 1 mol.
A massa molar é denotada pela letra M e tem a unidade [g/mol]. Na física, a dimensão [kg/kmol] é usada.
No caso geral, o valor numérico da massa molar de uma substância coincide numericamente com o valor de sua massa molecular relativa (atômica relativa).
Por exemplo, o peso molecular relativo da água é:
Sr (H 2 O) \u003d 2Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 ∙ 1 + 16 \u003d 18 a.m.u.
A massa molar da água tem o mesmo valor, mas é expressa em g/mol:
M (H2O) = 18 g/mol.
Assim, um mol de água contendo 6,02 10 23 moléculas de água (respectivamente 2 6,02 10 23 átomos de hidrogênio e 6,02 10 23 átomos de oxigênio) tem uma massa de 18 gramas. 1 mol de água contém 2 mols de átomos de hidrogênio e 1 mol de átomos de oxigênio.
1.3.4. A relação entre a massa de uma substância e sua quantidade
Conhecendo a massa de uma substância e sua fórmula química e, portanto, o valor de sua massa molar, pode-se determinar a quantidade de uma substância e, inversamente, conhecendo a quantidade de uma substância, pode-se determinar sua massa. Para esses cálculos, você deve usar as fórmulas:
onde ν é a quantidade de substância, [mol]; mé a massa da substância, [g] ou [kg]; M é a massa molar da substância, [g/mol] ou [kg/kmol].
Por exemplo, para encontrar a massa de sulfato de sódio (Na 2 SO 4) na quantidade de 5 mol, encontramos:
1) o valor do peso molecular relativo de Na 2 SO 4, que é a soma dos valores arredondados das massas atômicas relativas:
Sr (Na 2 SO 4) \u003d 2Ar (Na) + Ar (S) + 4Ar (O) \u003d 142,
2) o valor da massa molar da substância numericamente igual a ela:
M (Na 2 SO 4) = 142 g/mol,
3) e, finalmente, uma massa de 5 mol de sulfato de sódio:
m = νM = 5 mol 142 g/mol = 710 g
Resposta: 710.
1.3.5. A relação entre o volume de uma substância e sua quantidade
Em condições normais (n.o.), i.e. sob pressão R , igual a 101325 Pa (760 mm Hg), e temperatura T, igual a 273,15 K (0 С), um mol de vários gases e vapores ocupa o mesmo volume, igual a 22,4l.
O volume ocupado por 1 mol de gás ou vapor em n.o. é chamado volume molargás e tem a dimensão de um litro por mol.
V mol \u003d 22,4 l / mol.
Conhecendo a quantidade de substância gasosa (ν ) e valor do volume molar (V mol) você pode calcular seu volume (V) em condições normais:
V = ν Vmol,
onde ν é a quantidade de substância [mol]; V é o volume da substância gasosa [l]; V mol \u003d 22,4 l / mol.
Por outro lado, conhecendo o volume ( V) de uma substância gasosa em condições normais, você pode calcular sua quantidade (ν) :
Para fazer isso, você precisa adicionar as massas de todos os átomos nesta molécula.
Exemplo 1. Na molécula de água H 2 O 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio. A massa atômica do hidrogênio = 1 e do oxigênio = 16. Portanto, a massa molecular da água é 1 + 1 + 16 = 18 unidades de massa atômica, e a massa molar da água = 18 g/mol.
Exemplo 2. Em uma molécula de ácido sulfúrico H 2 SO 4 existem 2 átomos de hidrogênio, 1 átomo de enxofre e 4 átomos de oxigênio. Portanto, o peso molecular desta substância será 1 2 + 32 + 4 16 \u003d 98 amu, e a massa molar será de 98 g / mol.
Exemplo 3. Em uma molécula de sulfato de alumínio Al 2 (SO 4) 3 2 átomos de alumínio, 3 átomos de enxofre e 12 átomos de oxigênio. O peso molecular desta substância é 27 2 + 32 3 + 16 12 = 342 amu, e a massa molar é 342 g/mol.
Mol, massa molar
A massa molar é a razão entre a massa de uma substância e a quantidade de uma substância, ou seja, M(x) = m(x)/n(x), (1)
onde M(x) é a massa molar da substância X, m(x) é a massa da substância X, n(x) é a quantidade de substância X.
A unidade SI para massa molar é kg/mol, mas a unidade g/mol é comumente usada. Unidade de massa - g, kg.
A unidade SI para a quantidade de uma substância é o mol.
Um mol é uma quantidade de uma substância que contém 6,02 10 23 moléculas dessa substância.
Qualquer problema em química é resolvido através da quantidade de substância. Você precisa se lembrar das fórmulas básicas:
n(x) =m(x)/M(x)
ou a fórmula geral: n(x) =m(x)/M(x) = V(x)/Vm = N/NA, (2)
onde V(x) é o volume da substância X(l), Vm é o volume molar de gás em n.o. (22,4 l/mol), N - número de partículas, NA - constante de Avogadro (6,02 10 23).
Exemplo 1. Determinar a massa de iodeto de sódio NaI com uma quantidade de 0,6 mol.
Exemplo 2. Determinar a quantidade de substância atômica boro contida no tetraborato de sódio Na 2 B 4 O 7 pesando 40,4 g.
|
m (Na 2 B 4 O 7) \u003d 40,4 g. |
A massa molar do tetraborato de sódio é 202 g/mol. Determine a quantidade de substância Na 2 B 4 O 7: n (Na 2 B 4 O 7) \u003d m (Na 2 B 4 O 7) / M (Na 2 B 4 O 7) \u003d 40,4 / 202 \u003d 0,2 mol. Lembre-se que 1 mol de molécula de tetraborato de sódio contém 2 mol de átomos de sódio, 4 mol de átomos de boro e 7 mol de átomos de oxigênio (veja a fórmula do tetraborato de sódio). Então a quantidade de substância de boro atômico é igual a: n (B) \u003d 4 n (Na 2 B 4 O 7) \u003d 4 0,2 \u003d 0,8 mol. |
E a capacidade de fazer cálculos, é claro. Por exemplo, uma substância bem conhecida é o sulfúrico. Encontra-se tão amplo em uma variedade de indústrias que legitimamente leva o nome de "química". O que é ela?
Escreva a fórmula exata do ácido sulfúrico: H2SO4. Agora pegue a tabela periódica e veja quais são as massas atômicas de todos os elementos que a compõem. Esses três elementos são hidrogênio, enxofre e oxigênio. A massa atômica do hidrogênio é 1, enxofre - 32, oxigênio - 16. Portanto, a massa molecular total do ácido sulfúrico, levando em consideração os índices, é: 1 * 2 + 32 + 16 * 4 = 98 amu (unidades de massa atômica ).
E agora vamos lembrar mais um mol: essa é a quantidade substâncias, cuja massa é numericamente igual à sua massa expressa em unidades atômicas. Assim, verifica-se que 1 mol de ácido sulfúrico pesa 98 gramas. Aqui está sua massa molar. Problema resolvido.
Suponha que você receba as seguintes condições: existem 800 mililitros de uma solução 0,2 molar (0,2 M) de algum sal, e sabe-se que na forma seca esse sal pesa 25 gramas. É necessário calcular seu molar massa.
Primeiro, lembre-se da definição de uma solução 1 molar (1M). Esta é uma solução em que 1 contém 1 mol de qualquer substâncias. Assim, 1 litro de uma solução 0,2 M conteria 0,2 mol substâncias. Mas você não tem 1 litro, mas 0,8 litros. Portanto, de fato, você tem 0,8 * 0,2 = 0,16 mol substâncias.
E então tudo se torna mais fácil do que nunca. Se 25 gramas de sal, de acordo com as condições do problema, são 0,16 mol, qual é a quantidade igual a um mol? Tendo feito o cálculo em uma etapa, você encontrará: 25 / 0,16 \u003d 156,25 gramas. A massa molar do sal é 156,25 gramas/mol. Problema resolvido.
Em seus cálculos, você usou valores arredondados para os pesos atômicos de hidrogênio, enxofre e oxigênio. Se você deseja fazer cálculos com alta precisão, o arredondamento não é permitido.
Origens:
- massa molar do sal
- Calculando o equivalente de massa molar
As massas dos átomos ou moléculas são extremamente pequenas, portanto, na física molecular, em vez das massas das moléculas e dos próprios átomos, costuma-se usar, por sugestão de Dalton, seus valores relativos, comparando massa uma molécula ou átomo com 1/12 da massa de um átomo de carbono. A quantidade de uma substância que contém tantas moléculas ou átomos quantos existem em 12 gramas de carbono é chamada de mol. A massa molar de uma substância (M) é a massa de um mol. A massa molar é uma quantidade escalar, é medida no sistema internacional SI em quilogramas divididos por um mol.
Instrução
Para calcular o molar massa basta saber duas quantidades: massa(m), expresso em quilogramas, e a quantidade de substância (v), medida em mols, substituindo-os na fórmula: M \u003d m / v.
Exemplo. Seja necessário determinar o molar massa 100 g de água em 3 mols. Para fazer isso, você deve primeiro massaágua em gramas - 100g \u003d 0,01kg. Em seguida, substitua os valores na fórmula pelo molar: M \u003d m / v \u003d 0,01 kg / 3 mol \u003d 0,003 kg / mol.
Qualquer substância consiste em partículas de uma determinada estrutura (moléculas ou átomos). A massa molar de um composto simples é calculada a partir do sistema periódico de elementos por D.I. Mendeleiev. Se for necessário descobrir esse parâmetro para uma substância complexa, o cálculo será longo e, nesse caso, a figura será consultada em um livro de referência ou catálogo químico, em particular Sigma-Aldrich.
O conceito de massa molar
Massa molar (M) - o peso de um mol de uma substância. Este parâmetro para cada átomo pode ser encontrado no sistema periódico de elementos, está localizado logo abaixo do nome. Ao calcular a massa dos compostos, o número geralmente é arredondado para o inteiro ou décimo mais próximo. Para uma compreensão final de onde vem esse valor, é necessário entender o conceito de "mole". Esta é a quantidade de uma substância que contém o número de partículas deste último, igual a 12 g de um isótopo de carbono estável (12 C). Átomos e moléculas de substâncias variam em tamanho em uma ampla faixa, enquanto seu número no mol é constante, mas a massa aumenta e, consequentemente, o volume.
O conceito de "massa molar" está intimamente relacionado ao número de Avogadro (6,02 x 10 23 mol -1). Esta figura indica um número constante de unidades (átomos, moléculas) de uma substância em 1 mol.
O valor da massa molar para a química
As substâncias químicas entram em várias reações entre si. Normalmente, a equação de qualquer interação química indica quantas moléculas ou átomos são usados. Tais designações são chamadas de coeficientes estequiométricos. Geralmente eles são especificados antes da fórmula. Portanto, a característica quantitativa das reações é baseada na quantidade de substância e na massa molar. Eles refletem claramente a interação de átomos e moléculas entre si.
Cálculo de massa molar
A composição atômica de qualquer substância ou mistura de componentes de uma estrutura conhecida pode ser visualizada na Tabela Periódica dos Elementos. Os compostos inorgânicos, via de regra, são escritos pela fórmula molecular, ou seja, sem designar a estrutura, mas apenas o número de átomos na molécula. As substâncias orgânicas para calcular a massa molar são designadas da mesma maneira. Por exemplo, benzeno (C 6 H 6).
Como se calcula a massa molar? A fórmula inclui o tipo e o número de átomos na molécula. De acordo com a tabela D.I. Mendeleev, as massas molares dos elementos são verificadas e cada número é multiplicado pelo número de átomos na fórmula.
Com base no peso molecular e no tipo de átomos, você pode calcular seu número em uma molécula e elaborar uma fórmula para o composto.
Massa molar dos elementos
Muitas vezes, para realizar reações, cálculos em química analítica e o arranjo de coeficientes em equações, é necessário o conhecimento da massa molecular dos elementos. Se a molécula contiver um átomo, esse valor será igual ao da substância. Se houver dois ou mais elementos, a massa molar é multiplicada pelo seu número.
Valor de massa molar ao calcular concentrações
Este parâmetro é usado para converter quase todas as formas de expressar concentrações de substâncias. Por exemplo, muitas vezes surgem situações para determinar a fração de massa com base na quantidade de uma substância em uma solução. O último parâmetro é expresso na unidade mol/litro. Para determinar o peso desejado, a quantidade de uma substância é multiplicada pela massa molar. O valor recebido é reduzido em 10 vezes.
A massa molar é usada para calcular a normalidade de uma substância. Este parâmetro é usado em química analítica para a realização de métodos de análise titrimétrica e gravimétrica, se for necessário realizar a reação com precisão.
Medição de massa molar
A primeira experiência histórica foi medir a densidade dos gases em relação ao hidrogênio. Outros estudos de propriedades coligativas foram realizados. Estes incluem, por exemplo, a pressão osmótica, determinando a diferença de ebulição ou congelamento entre uma solução e um solvente puro. Esses parâmetros se correlacionam diretamente com o número de partículas de substância no sistema.
Às vezes, a medição da massa molar é realizada em uma substância de composição desconhecida. Anteriormente, era usado um método como a destilação isotérmica. Sua essência está em colocar uma solução de uma substância em uma câmara saturada com vapores de solvente. Nessas condições, ocorre a condensação do vapor e a temperatura da mistura aumenta, atinge o equilíbrio e começa a diminuir. O calor de evaporação liberado é calculado a partir da mudança no índice de aquecimento e resfriamento da solução.
O principal método moderno para medir a massa molar é a espectrometria de massa. Esta é a principal forma de identificar misturas de substâncias. Com a ajuda de instrumentos modernos, esse processo ocorre automaticamente, apenas inicialmente é necessário selecionar as condições para a separação dos compostos na amostra. O método de espectrometria de massa é baseado na ionização de uma substância. Como resultado, vários fragmentos carregados do composto são formados. O espectro de massa indica a razão entre a massa e a carga dos íons.
Determinação de massa molar para gases
A massa molar de qualquer gás ou vapor é simplesmente medida. É o suficiente para usar o controle. O mesmo volume de uma substância gasosa é igual em quantidade a outra na mesma temperatura. Uma maneira conhecida de medir o volume de vapor é determinar a quantidade de ar deslocado. Este processo é realizado através de uma saída lateral que conduz ao dispositivo de medição.
Usos práticos da massa molar
Assim, o conceito de massa molar em química é usado em todos os lugares. Para descrever o processo, criar complexos poliméricos e outras reações, é necessário calcular este parâmetro. Um ponto importante é a determinação da concentração da substância ativa na substância farmacêutica. Por exemplo, usando uma cultura de células, as propriedades fisiológicas de um novo composto são investigadas. Além disso, a massa molar é importante na pesquisa bioquímica. Por exemplo, ao estudar a participação nos processos metabólicos do elemento. Agora a estrutura de muitas enzimas é conhecida, então é possível calcular seu peso molecular, que é medido principalmente em quilodaltons (kDa). Hoje, os pesos moleculares de quase todos os componentes do sangue humano, em particular, a hemoglobina, são conhecidos. A massa molecular e molar de uma substância em certos casos são sinônimos. Suas diferenças residem no fato de que o último parâmetro é a média de todos os isótopos do átomo.
Quaisquer experimentos microbiológicos com uma determinação precisa do efeito de uma substância em um sistema enzimático são realizados usando concentrações molares. Por exemplo, em biocatálise e outras áreas onde é necessário estudar a atividade enzimática, são utilizados conceitos como indutores e inibidores. Para regular a atividade da enzima no nível bioquímico, é necessário estudar usando precisamente massas molares. Este parâmetro entrou firmemente no campo de ciências naturais e de engenharia como física, química, bioquímica, biotecnologia. Processos assim caracterizados tornam-se mais compreensíveis do ponto de vista dos mecanismos, determinação de seus parâmetros. A transição da ciência fundamental para a ciência aplicada não se completa sem um indicador de massa molar, que vai desde soluções fisiológicas, sistemas tampão, e termina com a determinação de dosagens de substâncias farmacêuticas para o organismo.
Em química, os valores das massas absolutas das moléculas não são usados, mas o valor da massa molecular relativa é usado. Mostra quantas vezes a massa de uma molécula é maior que 1/12 da massa de um átomo de carbono. Este valor é denotado por M r .
O peso molecular relativo é igual à soma das massas atômicas relativas de seus átomos constituintes. Calcule o peso molecular relativo da água.
Você sabe que uma molécula de água contém dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Então sua massa molecular relativa será igual à soma dos produtos da massa atômica relativa de cada elemento químico e o número de seus átomos em uma molécula de água:
Conhecendo os pesos moleculares relativos das substâncias gasosas, pode-se comparar suas densidades, ou seja, calcular a densidade relativa de um gás de outro - D (A / B). A densidade relativa do gás A para o gás B é igual à razão de suas massas moleculares relativas:
Calcule a densidade relativa do dióxido de carbono para o hidrogênio:
Agora calculamos a densidade relativa do dióxido de carbono para o hidrogênio:
D(co.g./hidrogênio) = M r (co. g.): M r (hidrogênio) = 44:2 = 22.
Assim, o dióxido de carbono é 22 vezes mais pesado que o hidrogênio.
Como você sabe, a lei de Avogadro se aplica apenas a substâncias gasosas. Mas os químicos precisam ter uma ideia sobre o número de moléculas e em porções de substâncias líquidas ou sólidas. Portanto, para comparar o número de moléculas em substâncias, os químicos introduziram o valor - massa molar .
A massa molar é indicada M, é numericamente igual ao peso molecular relativo.
A razão entre a massa de uma substância e sua massa molar é chamada quantidade de matéria .
A quantidade de uma substância é indicada n. Esta é uma característica quantitativa de uma porção de uma substância, juntamente com massa e volume. A quantidade de uma substância é medida em mols.
A palavra "mole" vem da palavra "molécula". O número de moléculas em quantidades iguais de uma substância é o mesmo.
Foi estabelecido experimentalmente que 1 mol de uma substância contém partículas (por exemplo, moléculas). Este número é chamado de número de Avogadro. E se você adicionar uma unidade de medida a ela - 1 / mol, será uma quantidade física - a constante de Avogadro, que é denotada N A.
A massa molar é medida em g/mol. O significado físico da massa molar é que essa massa é 1 mol de uma substância.
De acordo com a lei de Avogadro, 1 mol de qualquer gás ocupará o mesmo volume. O volume de um mol de gás é chamado de volume molar e é denotado por V n .
Em condições normais (que é 0 ° C e pressão normal - 1 atm. Ou 760 mm Hg ou 101,3 kPa), o volume molar é de 22,4 l/mol.
Então a quantidade de substância gasosa em n.o. pode ser calculado como a razão entre o volume de gás e o volume molar.
TAREFA 1. Que quantidade de substância corresponde a 180 g de água?
TAREFA 2. Vamos calcular o volume em n.o., que será ocupado por dióxido de carbono na quantidade de 6 mol.
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