Относителни атомни и молекулни тегла.
Относителна атомна маса
Атомите на елементите се характеризират с определена (само присъща им) маса. Например масата на Н атом е 1,67 . 10 −23 g, С атом − 1,995 . 10 −23 g, O атом − 2,66 . 10 −23
Неудобно е да се използват такива малки стойности, така че концепцията за относителна атомна маса А r е отношението на масата на атом на даден елемент към единица атомна маса (1,6605 . 10 −24 g).
Молекулата е най-малката частица от вещество, което Химични свойстватова вещество. Всички молекули са изградени от атоми и следователно също са електрически неутрални.
Съставът на молекулата се прехвърля молекулярна формула, което отразява качествен съставвещества (символи на химичните елементи, включени в неговата молекула), и неговия количествен състав (по-ниски цифрови индекси, съответстващи на броя на атомите на всеки елемент в молекулата).
Маса на атоми и молекули
За измерване на масите на атомите и молекулите във физиката и химията е прието една системаизмервания. Тези количества се измерват в относителни единици.
Единицата за атомна маса (a.m.u.) е равна на 1/12 от масата мвъглероден атом 12 C ( медин атом 12 C е равен на 1,993×10 -26 kg).
Относителна атомна маса на елемент (A r)е безразмерна величина, равна на отношението средно теглона атом на елемент до 1/12 от масата на атом 12 С. При изчисляване на относителната атомна маса се взема предвид изотопният състав на елемента. Количества A rопределени по таблица Д.И. Менделеев
Абсолютна маса на атом (m)е равна на относителната атомна маса, умножена по 1 a.m.u. Например, за водороден атом абсолютната маса се определя, както следва:
м(H) = 1,008×1,661×10 -27 kg = 1,674×10 -27 kg
Относително молекулно тегло на съединението (M r)е безразмерна величина, равна на съотношението на масата ммолекули на вещество до 1/12 от масата на атом 12 C:
Относителното молекулно тегло е равно на сумата от относителните маси на атомите, които изграждат молекулата. Например:
Г-н(C 2 H 6) \u003d 2H A r(С) + 6Н A r(H) = 2×12 + 6 = 30.
Абсолютната маса на една молекула е равна на относителната молекулна маса, умножена по 1 amu.
2. Какво се нарича моларна маса на еквивалента?
con еквивалентиоткрит от Рихтер през 1791 г. Атомите на елементите взаимодействат помежду си в строго определени съотношения - еквиваленти.
В SI еквивалентът е частта 1/z на (въображаемата) частица X. X е атом, молекула, йон и т.н. Z е равно на броя на протоните, които частицата X свързва или дарява (еквивалент на неутрализация), или броя на електроните, които частицата X отдава или приема (еквивалент на окисление-редукция), или заряда на йона X (йонен еквивалент).
Моларната маса на еквивалента, размерът е g / mol, е съотношението на моларната маса на частицата X към числото Z.
Например, моларната маса на еквивалента на даден елемент се определя от съотношението на моларната маса на елемента към неговата валентност.
Законът за еквивалентите: Масите на реагентите са свързани една с друга като моларните маси на техните еквиваленти.
математически израз
където m 1 и m 2 са масите на реагентите,
Моларни маси на техните еквиваленти.
Ако реагиращата част на веществото се характеризира не с маса, а с обем V(x), тогава в израза на закона за еквивалентите неговата моларна маса на еквивалента се заменя с моларния обем на еквивалента.
3. Кои са основните закони на химията?
Основни закони на химията. Законът за запазване на масата и енергията е формулиран от М. В. Ломоносов през 1748 г. Масата на веществата, участващи в химичните реакции, не се променя. През 1905 г. Айнщайн смята, че връзката между енергия и маса
E \u003d m × c 2, c \u003d 3 × 10 8 m / s
Масата и енергията са свойства на материята. Масата е мярка за енергия. Енергията е мярка за движение, така че те не са еквивалентни и не се превръщат една в друга, но когато енергията на тялото се промени д, масата му се променя м. В ядрената химия настъпват забележими масови промени.
От гледна точка на атомно-молекулярната теория атомите с постоянна маса не изчезват и не възникват от нищото, това води до запазване на масата на веществата. Законът е доказан експериментално. Въз основа на този закон се съставят химичните уравнения. Количествените изчисления, използващи реакционни уравнения, се наричат стехиометрични изчисления. В основата на всички количествени изчисления е законът за запазване на масата и следователно е възможно да се планира и контролира производството.
4. Кои са основните класове неорганични съединениясъществуват? Дайте определение, дайте примери.
Прости вещества. Молекулите са изградени от атоми от един и същи вид (атоми от един и същи елемент). При химични реакции те не могат да се разложат, за да образуват други вещества.
Сложни вещества (или химични съединения).Молекулите са съставени от атоми различен вид(атоми на различни химични елементи). При химични реакции те се разлагат, за да образуват няколко други вещества.
Няма рязка граница между металите и неметалите, т.к има прости вещества, които проявяват двойни свойства.
5. Кои са основните видове химична реакция?
Има много различни химични реакции и няколко начина да ги класифицирате. Най-често химичните реакции се класифицират според броя и състава на реагентите и реакционните продукти. Според тази класификация се разграничават четири вида химични реакции - това са реакции на комбиниране, разлагане, заместване, обмен.
Реакция на връзкатае реакция, при която реагентите са две или повече прости или сложни вещества, а продуктът е едно сложно вещество. Примери за реакции на съединения:
Образуване на оксид от прости вещества - C + O 2 \u003d CO 2, 2Mg + O 2 \u003d 2MgO
Взаимодействието на метал с неметал и получаване на сол - 2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3
Взаимодействие на оксид с вода - CaO + H 2 O \u003d Ca (OH) 2
реакция на разлаганеРеакция, при която реагентът е едно сложно вещество, а продуктът е две или повече прости или сложни вещества. Най-често реакциите на разлагане протичат при нагряване. Примери за реакции на разлагане:
Разлагане на креда при нагряване: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2
Разграждането на водата под действието електрически ток: 2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2
Разлагане на живачен оксид при нагряване - 2HgO = 2Hg + O 2
реакция на заместване- това е реакция, реагентите на която са прости и сложни вещества, а продуктите също са прости и сложни вещества, но атомите на един от елементите в сложното вещество са заменени с атоми на прост реагент. Примери:
Заместване на водород в киселини - Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2
Изместване на метал от сол - Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu
Алкално образуване - 2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2
Обменна реакция- това е реакция, чиито реагенти и продукти са две сложни вещества, по време на реакцията реагентите обменят своите съставни части, което води до образуването на други сложни вещества. Примери:
Взаимодействието на сол с киселина: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 S
Взаимодействие на две соли: 2K 3 PO 4 + 3MgSO 4 = Mg 3 (PO 4) 2 + 3K 2 SO 4
Има химични реакции, които не могат да бъдат отнесени към нито един от изброените видове.
6. От кого, кога и с какви експерименти е открито ядрото на атома и е създаден ядреният модел на атома?
Ядрен модел на атома. Един от първите модели на структурата на атома е предложен от английския физик Е. Ръдърфорд. В експерименти за разсейване на а-частици беше показано, че почти цялата маса на атома е концентрирана в много малък обем - положително заредено ядро. Според модела на Ръдърфорд електроните се движат непрекъснато около ядрото на относително голямо разстояние и техният брой е такъв, че като цяло атомът е електрически неутрален. По-късно наличието в атома на тежко ядро, заобиколено от електрони, беше потвърдено от други учени. Първият опит за създаване на модел на атома въз основа на натрупаните експериментални данни (1903 г.) принадлежи на Дж. Томсън. Той вярва, че атомът е електрически неутрална система със сферична форма с радиус приблизително равен на 10–10 м. Положителният заряд на атома е равномерно разпределен в целия обем на топката, а отрицателно заредените електрони са вътре в него ( Фиг. 6.1.1). За да обясни линейните емисионни спектри на атомите, Томсън се опита да определи местоположението на електроните в атома и да изчисли честотите на техните трептения около равновесните позиции. Тези опити обаче не бяха успешни. Няколко години по-късно в експериментите на великия английски физик Е. Ръдърфорд се доказва, че моделът на Томсън е неправилен.
7. Какво ново въвежда Н. Бор в концепцията за атома? дайте резюмеПостулатите на Бор, приложени към водородния атом.
Теорията на Бор за водородния атом
Следвайки теорията на Бор за водородния атом, Зомерфелд предложи такова правило за квантуване, че когато се прилага към водородния атом, моделът на Бор не противоречи на вълновата природа на електрона, постулирана от де Бройл. Изведете израз за енергийните нива на водородния атом, като използвате правилото на Зомерфелд, според което разрешените електронни орбитали са кръгове с дължина, кратна на дължината на вълната на електрона.
Тъй като квантовите числа I, m не допринасят с нищо за енергията на електронното състояние, тогава всички възможни състояния в дадено радиално ниво са енергийно равни. Това означава, че в спектъра ще се наблюдават само единични линии, както предсказа Бор. Въпреки това е добре известно, че има фина структура в спектъра на водорода, чието изследване е тласък за развитието на теорията на Бор-Зоммерфелд за водородния атом. Очевидно е, че проста формавълновото уравнение не описва съвсем адекватно водородния атом и по този начин сме в позиция, само малко най-доброто допълнениекогато се базира на модела на атома на Бор.
8. Какво се определя и какви стойности могат да имат: основното квантово число н, вторичен (орбитален) - л,магнитен - m lи върти - Госпожица?
Квантов нови номера.
1. Главно квантово число, n– приема цели числа от 1 до ¥ (n=1 2 3 4 5 6 7…) или букви (K L M N O P Q).
максимална стойност нсъответства на броя на енергийните нива в атома и съответства на номера на периода в таблицата на D.I. Менделеев, характеризира стойността на енергията на електрона, размера на орбиталата. Елемент с n=3 има 3 енергийни нива, намира се в трети период, има по-голям електронен облак и енергия от елемент с n=1.
2. Орбитално квантово число lприема стойности в зависимост от главното квантово число и има съответните буквени стойности.
l=0, 1, 2, 3… n-1
l - характеризира формата на орбиталите:
Орбитали с еднаква стойност н, нос различни стойности лсе различават донякъде по енергия, т.е. нивата са разделени на поднива.
Броят на възможните поднива е равен на основното квантово число.
3. Магнитно квантово число m lвзема стойности от -л,…0…,+л.
Броят на възможните стойности на магнитното квантово число определя броя на орбиталите от даден тип. Във всяко ниво може да има само:
едно s е орбитала, защото m l=0 за l=0
три p - орбитали, m l= -1 0 +1, като l=1
пет d орбитали m l=-2 –1 0 +1 +2, с l=2
седем f орбитали.
Магнитното квантово число определя ориентацията на орбиталите в пространството.
4. Спиново квантово число (спин), m s.
Спинът характеризира магнитния момент на електрона, дължащ се на въртенето на електрона около собствената му ос по посока на часовниковата стрелка и обратно на часовниковата стрелка.
Като обозначите електрон със стрелка и орбитала с тире или клетка, можете да покажете
Правила, характеризиращи реда, в който се запълват орбиталите.
Принцип на Паули:
лл n 2, а на нивата - 2n 2
n+l), ако са равни, с н- най-малкото.
Правилото на Гунд
9. Как теорията на Бор обяснява произхода и линейната структура на атомните спектри?
Теорията на Н. Бор е предложена през 1913 г., тя използва планетарния модел на Ръдърфорд и квантовата теория на Планк-Айнщайн. Планк вярва, че наред с границата на делимост на материята - атом, има граница на делимост на енергия - квант. Атомите не излъчват енергия непрекъснато, а на определени порции от кванти
Първият постулат на Н. Бор: има строго определени разрешени, т. нар. стационарни орбити; същество, върху което електронът не поглъща и не излъчва енергия. Разрешени са само тези орбити, за които ъгловият импулс е равен на произведението m e × V × r, могат да се променят на определени части (кванти), т.е. се квантува.
Състоянието на атом с n=1 се нарича нормално, с n=2,3… - възбудено.
Скоростта на електрона намалява с увеличаване на радиуса, кинетичната и пълната енергия се увеличават.
Втори постулат на Бор:когато се движи от една орбита в друга, електронът поглъща или излъчва квант енергия.
E далеч -E близо =h×V. E \u003d -21,76 × 10 -19 / n 2 J / атом \u003d -1310 kJ / mol.
Такава енергия трябва да се изразходва, за да се пренесе електрон във водороден атом от първата орбита на Бор (n=1) към безкрайно отдалечена, т.е. премахване на електрон от атом, превръщайки го в положително зареден йон.
Квантовата теория на Бор обяснява линейния характер на спектъра на водородните атоми.
недостатъци:
1. Постулира се, че електронът остава само в стационарни орбити, как се осъществява преходът на електрони в този случай?
2. Всички детайли на спектрите не са обяснени, различните им дебелини.
Какво се нарича енергийно ниво и енергийно подниво в атома?
Номер енергиянива атомравен на номера на периода, в който се намира. Например калият (К) - елемент от четвъртия период, има 4 енергийни нива(n = 4). Енергийно подниво- набор от орбитали с същите стойностиглавни и орбитални квантови числа.
11. Каква форма имат с-, п-И д-електронни облаци.
По време на химичните реакции ядрата на атомите остават непроменени, променя се само структурата на електронните обвивки поради преразпределението на електроните между атомите. Способността на атомите да отдават или приемат електрони определя техните химични свойства.
Електронът има двойна (корпускулярно-вълнова) природа. Поради вълновите свойства, електроните в атома могат да имат само стриктно определени стойностиенергия, която зависи от разстоянието до ядрото. Електрони с подобни енергийни стойности образуват енергийно ниво. Съдържа строго определен брой електрони – максимум 2n 2 . Енергийните нива се подразделят на s-, p-, d- и f- поднива; техният брой е равен на номера на нивото.
Квантови числа на електроните
Състоянието на всеки електрон в атом обикновено се описва с помощта на четири квантови числа: главно (n), орбитално (l), магнитно (m) и спин (s). Първите три характеризират движението на електрона в пространството, а четвъртият - около собствената си ос.
Главно квантово число(н). Определя енергийното ниво на електрона, разстоянието на нивото от ядрото, размера на електронния облак. Той приема цели числа (n = 1, 2, 3 ...) и съответства на номера на периода. От периодичната система за всеки елемент, по номера на периода, можете да определите броя на енергийните нива на атома и кое енергийно ниво е външно.
Елементът кадмий Cd се намира в петия период, което означава n = 5. В неговия атом електроните са разпределени на пет енергийни нива (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); петото ниво ще бъде външно (n = 5).
Орбитално квантово число(l) характеризира геометричната форма на орбиталата. Приема цяло число от 0 до (n - 1). Независимо от номера на енергийното ниво, всяка стойност на орбиталното квантово число съответства на орбитала със специална форма. Набор от орбитали с еднакви стойности на n се нарича енергийно ниво, с еднакви n и l - подниво.
l=0 s-подниво, s-орбитала - сферична орбитала
l=1 p- подниво, p-орбитала – орбитала на дъмбела
l=2 d- подниво, d- orbital - орбитала сложна форма
f-подниво, f-орбитала - орбитала с още по-сложна форма
На първо енергийно ниво (n = 1) орбиталното квантово число l поема едно значение l \u003d (n - 1) \u003d 0. Формата на обитаваното е сферична; на първо енергийно ниво има само едно подниво - 1с. За второто енергийно ниво (n = 2) орбиталното квантово число може да приеме две стойности: l = 0, s-орбитала - сфера по-голям размеротколкото на първо енергийно ниво; l = 1, p-орбитала - дъмбел. Така на второ енергийно ниво има две поднива - 2s и 2p. За третото енергийно ниво (n = 3) орбиталното квантово число l приема три стойности: l = 0, s-орбитала - сфера с по-голям размер, отколкото на второ енергийно ниво; l \u003d 1, p-орбитала - дъмбел с по-голям размер, отколкото на второ енергийно ниво; l = 2, d е орбитала със сложна форма.
Така на третото енергийно ниво може да има три енергийни поднива - 3s, 3p и 3d.
12. Дайте формулировката на принципа на Паули и правилото на Гунд.
Принцип на Паули:Един атом не може да има два или повече електрона с еднакъв набор от четирите квантови числа. От което следва, че два електрона с противоположно насочени спинове могат да бъдат на една и съща орбитала.
Максимален възможен брой електрони:
на s - подниво - една орбитала - 2 електрона, т.е. s2;
в p- - -три орбитали - 6 електрона, т.е. р 6;
на d - - - пет орбитали - 10 електрона, т.е. d10;
на f- –– - седем орбитали – 14 електрона, т.е. f 14 .
Броят на орбиталите на поднивата се определя от 2 л+1 и броят на електроните върху тях ще бъде 2×(2 л+1), броят на орбиталите на поднивата е равен на квадрата на главното квантово число n 2, а на нивата - 2n 2, Че. в първия период на периодичната система от елементи може да има максимум 2 елемента, във втория - 8, в третия - 18 елемента, в четвъртия - 32.
В съответствие с правилата I и II на М. В. Клечковски, запълването на орбиталите става във възходящ ред на сумата ( n+l), ако са равни, с н- най-малкото.
Електронни формулисе записват, както следва:
1. Под формата на цифров коефициент посочете номера на енергийното ниво.
2. Дайте буквените означения на поднивото.
3. Броят на електроните в дадено енергийно подниво се посочва като експонента, като всички електрони в дадено подниво се сумират.
Поставянето на електрони в рамките на дадено подниво зависи от Правилото на Гунд: на дадено подниво електроните се стремят да заемат максималния брой свободни орбитали, така че общият спин да е максимален.
13. Дайте формулировката на правилата на Клечковски. Как определят реда на попълване на АО?
В съответствие с правилата I и II на М. В. Клечковски, запълването на орбиталите става във възходящ ред на сумата ( n+l), ако са равни, с н- най-малкото.
Електронните формули се записват, както следва:
1. Под формата на цифров коефициент посочете номера на енергийното ниво.
2. Дайте буквените означения на поднивото.
3. Броят на електроните в дадено енергийно подниво се посочва като експонента, като всички електрони в дадено подниво се сумират.
14. Какво се нарича йонизационна енергия, електронен афинитет, електроотрицателност и в какви единици се измерват?
Атомни характеристики. Химическа природаелемент се определя от способността на неговия атом да губи или получава електрони. Тази способност може да бъде количествено определена йонизационна енергияатом и неговият електронен афинитет.
Йонизационна енергиянаречена енергията, която трябва да се изразходва, за да се отдели електрон от атом (йон или молекула). Изразява се в джаули или електронволтове. 1 EV \u003d 1,6 × 10 -19 J.
Енергията на йонизация, I, е мярка за редукционната сила на атома. Колкото по-малък е I, толкова по-голяма е редукционната сила на атома.
Най-малките стойностиИмам s елементи от първата група. Стойностите на I 2 за тях рязко нарастват. По същия начин, за s елементи от група II, I 3 нараства рязко.
Най-високите стойности I 1 има p-елементи от VIII група. Това увеличение на йонизационната енергия при преминаване от s елементи от група I към p елементи от група VIII се дължи на увеличаване на ефективния заряд на ядрото.
електронен афинитетнаречена енергия, която се освобождава, когато електрон е прикрепен към атом (йон или молекула). Изразява се също в J или eV. Можем да кажем, че афинитетът към електрона е мярка за окислителната способност на частиците. Надеждни стойности на E са открити само за малък брой елементи.
Р-елементите от VII група (халогени) имат най-висок електронен афинитет, тъй като чрез прикрепване на един електрон към неутрален атом те придобиват пълен октет от електрони.
E (F) = 3,58 eV, E (Cl) = 3,76 eV
Най-малките и дори отрицателни стойности на E са за атоми с конфигурация s 2 и s 2 p 6 или наполовина запълнено p-подниво.
E (Mg) = -0,32 eV, E (Ne) = -0,57 eV, E (N) = 0,05 eV
Присъединяването на следващи електрони е невъзможно. И така, многозарядни аниони O 2-, N 3- не съществуват.
Електроотрицателностнаречена количествена характеристика на способността на атома в молекулата да привлича електрони към себе си. Тази способност зависи от I и E. Според Мъликен: EO = (I + E) / 2.
Електроотрицателностите на елементите нарастват през периода и намаляват през групата.
Едно от основните свойства на атомите е тяхната маса. Абсолютна (истинска) маса на атом- е изключително малък. Невъзможно е да се претеглят атомите на кантар, защото такива точни везни не съществуват. Техните маси са определени чрез изчисления.
Например, масата на един водороден атом е 0,000,000,000,000,000,000,000,001,663 грама!Масата на един атом уран, един от най-тежките атоми, е приблизително 0,000,000,000,000,000,000,000 4 грама.
Точната стойност на масата на атома на урана е 3,952 ∙ 10−22 g, а водородният атом, най-лекият от всички атоми, е 1,673 ∙ 10−24 g.
Неудобно е да се правят изчисления с малки числа. Следователно вместо абсолютните маси на атомите се използват техните относителни маси.
Относителна атомна маса
Масата на всеки атом може да се прецени, като се сравни с масата на друг атом (за да се намери съотношението на техните маси). От определянето на относителните атомни маси на елементите, различни атоми са използвани за сравнение. Някога водородните и кислородните атоми бяха оригинални стандарти за сравнение.
Приета е унифицирана скала на относителните атомни маси и нова единица за атомна маса Международен конгрес на физиците (1960 г.) и обединени от Международния конгрес на химиците (1961 г.).
Към днешна дата еталонът за сравнение е 1/12 от масата на въглероден атом.Тази стойност се нарича единица за атомна маса, съкратено a.u.m.
Единица за атомна маса (a.m.u.) - масата на 1/12 от въглероден атом
Нека сравним колко пъти се различава абсолютната маса на водороден атом и уран 1 amu, за това разделяме тези числа едно по едно:
Стойностите, получени при изчисленията и са относителните атомни маси на елементите - относително 1/12 от масата на въглероден атом.
Така относителната атомна маса на водорода е приблизително равна на 1, а на урана - 238.Имайте предвид, че относителната атомна маса няма единици, тъй като единиците за абсолютна маса (грамове) се анулират при разделяне.
Относителните атомни маси на всички елементи са посочени в Периодичната таблица на химичните елементи от D.I. Менделеев. Символът, използван за обозначаване на роднина атомна маса –Ar (буквата r е съкращение от думата роднина,което означава относително).
Стойностите за относителните атомни маси на елементите се използват в много изчисления.Като общо правило стойностите, дадени в Периодичната система, се закръглят до цели числа. Обърнете внимание, че елементите в периодичната таблица са изброени в ред на увеличаване на относителните атомни маси.
Например, използвайки периодичната система, ние определяме относителните атомни маси на редица елементи:
Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Относителната атомна маса на хлора обикновено се записва като 35,5!
Ar(Cl) = 35,5
- Относителните атомни маси са пропорционални на абсолютните маси на атомите
- Стандартът за определяне на относителната атомна маса е 1/12 от масата на въглероден атом
- 1 аму = 1,662 ∙ 10−24 g
- Относителната атомна маса се означава с Ar
- За изчисления стойностите на относителните атомни маси се закръглят до цели числа, с изключение на хлора, за който Ar = 35,5
- Относителната атомна маса няма единици
Абсолютни маси на атоми и молекули. Атомна единица за маса. Относителна атомна маса. Относително молекулно тегло и неговото изчисляване.
Задача 5. Определете абсолютната маса (gPsch) на водна молекула.
Лесно е да се заменят абсолютните маси на молекулите по отношение на относителните молекулни маси (виж , 3, гл. I). Молекулното тегло на първия газ е
Изчислете абсолютната маса на една молекула Br3, Oj, NH3, H2SO4, H2O, I2.
Въз основа на моларната маса и числото на Авогадро, можете да изчислите абсолютните маси на атомите и молекулите, като използвате следната формула-
Отговор Абсолютната маса на водна молекула е ZX X 10-" g \u003d 3-10- kg.
Броят на молекулите в един мол вещество, наречено число на Авогадро, Nf, = 6,0240-Yu. Разделяйки масата на един мол от всяко вещество на числото на Авогадро, получаваме абсолютната маса на молекулата в грамове. Например, масата на една молекула е Hg 2,016 6,02-10 = 3,35-10 "g. По същия начин се изчислява абсолютната маса на един атом. Молекулите имат диаметър от приблизително един до десетки ангстрьома (1 A = 10" cm ).
В зависимост от размера и формата на елементарната клетка, както и възможния размер и симетрия на молекулите, въпросът е колко молекули могат да се поберат в дадена елементарна клетка. При решаването на този проблем винаги се взема предвид правилото, че молекулите са плътно опаковани в кристал, т.е. издатините на една молекула влизат във вдлъбнатините на друга и т.н. (фиг. 16). По този начин формата на елементарната клетка често позволява да се съди за обща формамолекули. Абсолютната маса на молекула (от която е лесно да се изчисли молекулната маса) въз основа на данни от рентгенова дифракция се определя, както следва
Познавайки числото на Авогадро, е лесно да се намери абсолютната маса на частица от всяко вещество. Наистина, масата в грамове на молекула (атом) от вещество е равна на моларната маса, разделена на числото на Авогадро. Например, абсолютната маса на водороден атом (моларната маса на водородните атоми е 1,008 g / mol) е 1,67-10-g.Това е приблизително толкова пъти по-малко от масата на малка пелета, колкото пъти масата на човек е по-малко от масата на цялото земно кълбо..
По този начин могат да се изчислят абсолютните маси на молекулите и атомите на други елементи. Тъй като тези количества са незначителни и неудобни за изчисления, те използват понятието атомно (молекулно) тегло, което съответства на масата на атомите (молекулите), изразена в относителни единици. На единица атомна маса (a.m.u.)
Броят на молекулите в 1 mol вещество, наречен константа на Авогадро VA, е 6,0220-10. Като разделим масата на 1 мол от всяко вещество на константата на Авогадро, получаваме абсолютната маса на молекулата / ly в грамове. Например, масата на молекулата Н 2,016 6,02-10 3 \u003d 3,35-g. По същия начин се изчислява абсолютната маса на атома. Молекулите имат диаметър от около 0,1 до 1 nm.
Как се изчислява абсолютната маса на атомите и молекулите. Изчислете абсолютните маси на меден атом и молекула на водороден фосфид.
Кинетичната енергия e на две молекули с маси W] и W2 може да се изрази както по отношение на техните общи абсолютни скорости C и Cr в пространството, така и по отношение на компонентите на тези скорости
Изчисляване на абсолютни маси и обеми на атоми и молекули
Коефициентът на разделяне на абсолютната маса на молекула на съединение или елемент на една дванадесета от абсолютната маса на атом на въглероден изотоп. Сумата от атомните маси на всички елементи на една молекула.
Масите на други атоми, както и на молекулите (абсолютната молекулна маса се обозначава с tm), се оказват също толкова изключително малки, например масата на водната молекула е
Още много по-рано, през втората половина на 19 век, са направени първите опити да се подходи към въпроса за абсолютната маса и размер на атомите и молекулите. Въпреки че очевидно е невъзможно да се претегли една молекула, теорията отвори друг път, беше необходимо по някакъв начин
Според химичната формула на газообразно вещество могат да се определят някои от неговите количествени характеристики процентен състав, молекулно тегло, плътност, относителна плътност за всеки газ, абсолютна маса на молекулата.
Контролни въпроси. 1. Какво е атом молекула атомно тегло молекулно тегло маса на атом маса на молекула грам-атом грам-молекула 2. Какво е молекулното тегло на CO2 и абсолютната маса на молекула COa, изразено в грамове всеки газ при нормални условия 5. Какво е числото на Авогадро. На какво е равно 6. Според формулата на ацетилена CsHa
Например, относително молекулно тегло на водата от 18 (закръглено) означава, че една водна молекула е 18 пъти по-тежка от 12 части от абсолютната маса на въглероден атом.
Дефинирайте понятията а) елемент, атом, молекула б) просто и сложно вещество в) относителни атомни и молекулни маси, абсолютни маси на атом и молекула. Какво трябва да се разбира под условната частица UCH
Още много по-рано, през втората половина на 19 век, са направени първите опити да се подходи към въпроса за абсолютната маса и размер на атомите и молекулите. Въпреки че очевидно е невъзможно да се претегли една молекула, теорията отвори друг път - беше необходимо по някакъв начин да се определи броят на частиците в мол от молекули или атоми - така нареченото число на Авогадро (La). Директното преброяване на молекулите е също толкова невъзможно, колкото претеглянето им, но числото на Авогадро е включено в много уравнения различни отделифизика и може да се изчисли от тези уравнения. Очевидно е, че ако резултатите от такива изчисления, извършени по няколко независими начина, съвпадат, това може да послужи като доказателство за правилността на намерената стойност.
Тъй като абсолютните маси на атомите и молекулите са малки, обикновено се използват относителни маси.
Кинетичната енергия на две молекули с маси и може да бъде изразена по отношение на компонентите на скоростта или по отношение на самите абсолютни скорости, както следва
Както знаете, топлината е мярка за кинетичната енергия на частиците, които образуват дадено вещество. Установено е, че при температура, много по-висока от температурата на абсолютната нула, средната кинетична енергия на молекулите е пропорционална на абсолютната температура T. За молекула с маса m и Средната скоростИ
Пример 8. Изчислете абсолютната маса на молекула сярна киселина в грамове.
Всички изследвани съединения са подразделени на учебен масив, съдържащ молекули с известни свойстваи предвидената група от молекули. Анализираният учебен масив за изследваното свойство е разделен на две алтернативни групи (активни - неактивни). Създадените модели представляват уравнения на логическата форма L = 7 (3), където L е активността, (8) е решаващият набор от характеристики (CRF) - комплексът от фрагменти структурни формулии техните различни комбинации, така наречените подструктурни дескриптори. Оценката на влиянието на фрагментите и техните комбинации върху дейността се извършва въз основа на коефициента на информационно съдържание, който варира от минус 1 до плюс 1. Колкото по-висока е абсолютната стойност на информационното съдържание, толкова по-голяма е вероятността за влияние. тази функциявърху имоти. Знакът плюс характеризира положително влияние, минус - отрицателен. P е алгоритъм, чрез който се разпознават свойствата на изследваните вещества. В процеса на прогнозиране се използват два алгоритъма - геометрия (I) и гласуване (II). Първият от тях се основава на определяне на разстоянието в евклидовата метрика между изследваното вещество и изчисления хипотетичен стандарт на изследваното свойство. Вторият метод включва анализ на броя характеристики (гласове) в структурата на съединенията с положителна и отрицателна информативност. Процедурите за молекулярно проектиране са описани допълнително в раздел 5.
Относителното молекулно тегло Mr е съотношението на абсолютната маса на молекула към Vi2 на масата на атом от въглероден изотоп. Имайте предвид, че относителните маси по дефиниция са безразмерни величини.
Дюза Бекер. Различни кинетични методи за решаване на проблема с разделянето на изотопи могат да бъдат класифицирани в методи, които използват разликата в коефициентите на пренос за молекули с различни маси, и методи, които използват движението на разделена смес в потенциално поле. Повечето характерен методВторият клас е именно методът на газовата центрофуга, който обаче изисква много впечатляваща разработка дори за лабораторна демонстрация на грандиозните си възможности, поради абсолютната инженерна нестандартност на газовата центрофуга. Предложен, вероятно от Дирак, приблизително по същото време като метода на газовата центрофуга, методът на разделителната дюза (дюзи на Бекер, след лидера на първата успешна експериментална работа)
Атомите на елементите и молекулите на веществата се характеризират с определена физическа (абсолютна) маса m, например масата на водородния атом H е 1,67 g, масата на молекулата P4 е 2,06-10 g, масата на H,0 молекула е 2,99-10 g, масата на молекулата H2804 1,63 K) г. Абсолютните маси на атомите на елементите и молекулите на веществата са изключително малки и е неудобно да се използват такива стойности. Поради това беше въведена концепцията за относителната маса на атомите и молекулите.
Относително молекулно тегло химическо съединение- атомно число, показващо колко пъти абсолютната маса на една молекула от атомно съединение е по-голяма от атомна единица маса.
Определяне на абсолютните маси на атомите (както и масите на молекулите и техните фрагменти) масспектроскопия.
От голямо значение е определянето на абсолютната маса на съдържанието на една елементарна клетка от кристалната структура. Размерите на единичната клетка могат да бъдат измерени, ако е необходимо, с много висока точност (грешката е по-малка от 0,01%). По-трудно е да се измери плътността, но общата грешка при измерване може да бъде до 0,1% от масата на единичната клетка (без твърде много експериментална работа). В допълнение към определянето на абсолютната маса на клетката, информация за възможното съдържание на клетка може да бъде получена от кристални структури и по друг начин. Пространствената група на симетрия, естеството и разнообразието от еквивалентни приемливи позиции на възли и основните изисквания, че интензитетът на наблюдаваните рентгенови отражения трябва да съответства в приемливи граници на интензитета, изчислен за предполагаемата кристална структура, всичко това дава определено количество информация, която трябва да бъде според всяко предполагаемо химична формула. Така че, независимо от наличието на други молекули, 46 водни молекули на единица трябва да бъдат включени във всяка формула. клетъчна структурахидрати от тип I. Ако размерите на елементарната клетка
Числото на Авогадро е броят на молекулите в грам-молекула на всяко вещество. Тази стойност може да се определи различни методи, докато получените резултати различни начини, съвпадат в рамките на точността на измерване. В момента стойността на числото на Авогадро се приема за 6,023-10. Числото на Авогадро е универсална константа, не зависи от естеството на веществото и неговия агрегатно състояние. За да изчислите абсолютната маса на атом или молекула, трябва да разделите грам-атомната или грам-молекулната маса на числото на Авогадро. Например,
Едно от най-важните свойства на веществото е неговото молекулно тегло. Тъй като абсолютните маси на молекулите са много малки, при изчисленията се използват относителни маси. Молекулното тегло на дадено вещество обикновено се разбира като намаляване на масата на молекула на дадено вещество до 1/12 от масата на въглероден атом. Съответно, масите на атомите на химичните елементи също се сравняват с 1/12 от масата на въглероден атом. Тогава атомната маса на въглерода е 12, други елементи (закръглени) водород - 1, кислород-16, азот-14. Масата на молекула на химично съединение се определя чрез добавяне на атомните маси на елементите, които изграждат молекулата. Например молекулното тегло въглероден двуокис CO2 е 12 + 2-16 = 44 (1 въглероден атом с маса 12 и 2 кислородни атома с маса 16). Молекулното тегло на метана CH е 12 + 4-1 = 16. Молекулното тегло на някои от най-често използваните горими газове и продуктите от тяхното изгаряне е дадено в табл. 1.1.
Разбира се, състояния II и III не са абсолютно стабилни и в резултат на топлинно движение могат да възникнат флуктуации около тези позиции или дори ротации. С повишаването на температурата относителният брой на молекулите в масата на веществото, които не съответстват на най-стабилното състояние, се увеличава, но не може да надвишава броя на молекулите в основното състояние.
Далтън не вижда качествена разлика между прости и сложни атоми, следователно не разпознава две стъпки (атоми и молекули) в структурата на материята. В този смисъл атомизмът на Далтон е крачка назад в сравнение с елементарно-корпускулярната концепция на Ломоносов. Въпреки това, рационалното зърно на атомистиката на Далтън беше неговата доктрина за масата на атомите. Отчитайки съвсем правилно, че абсолютните маси на атомите са изключително малки, Далтън предложи да се определят относителните атомни маси. В този случай масата на водородния атом, като най-лекия от всички атоми, се приема за единица. Така за първи път Далтън определя атомната маса на даден елемент като съотношението на масата на атома на даден елемент към масата на водородния атом. Той състави и първата таблица на атомните маси на 14 елемента. Учението на Далтън за атомните маси изигра неоценима роля за превръщането на химията в количествена наука и за откриването на периодичния закон. Ето защо
Необходимо е да се прави разлика между понятията абсолютна маса на молекула и грам-молекула. И така, 10 грама водни молекули са 18 X 10 \u003d 180 g, тоест приблизително чаша вода, а 10 водни молекули са незначително количество, което не може да бъде претеглено.
Какво представляват молекулярните. маса на CO2 абсолютна маса на молекула CO2, изразена в прости числа
Въз основа на проведените експерименти беше установена ясна връзка между абсолютната маса на дифузните молекули на аминокиселини и техните молекулни тегла.
Вижте страници, където се споменава терминът Абсолютна маса на молекулата: Основи на общата химия, том 2, издание 3 (1973) -- [
Абсолютната маса на една молекула е равна на относителната молекулна маса, умножена по amu. Броят на атомите и молекулите в обикновените проби от вещества е много голям, следователно, когато се характеризира количеството на веществото, се използва специална единица за измерване - молът.
Количество вещество, мол. Означава определен брой структурни елементи (молекули, атоми, йони). Означава се n, измерено в молове. Един мол е количеството вещество, което съдържа толкова частици, колкото има атоми в 12 g въглерод.
Числото на Avogadro di Quarnegna (NA). Броят на частиците в 1 mol от всяко вещество е еднакъв и равен на 6,02 1023. (Константата на Авогадро има размерността - mol-1).
Колко молекули има в 6,4 g сяра?
Молекулното тегло на сярата е 32 g / mol. Определяме количеството g / mol вещество в 6,4 g сяра:
n(s) = m(s) / M(s) = 6,4 g / 32 g/mol = 0,2 mol
Нека да дефинираме число структурни звена(молекули), използвайки константата на Авогадро NA N(s) = n(s) NA = 0,2 6,02 1023 = 1,2 1023
Моларната маса показва масата на 1 мол вещество (означено с М).
Моларната маса на веществото е равна на отношението на масата на веществото към съответното количество от веществото.
Моларната маса на веществото е числено равна на относителната му молекулна маса, но първата стойност има размерността g / mol, а втората е безразмерна.
M = NA m(1 молекула) = NA Mr 1 amu = (NA 1 amu) Mr = Mr
Това означава, че ако масата на определена молекула е например 80 a.m.u. (SO3), тогава масата на един мол молекули е 80 г. Константата на Авогадро е фактор на пропорционалност, който осигурява прехода от молекулни към моларни съотношения. Всички твърдения относно молекулите остават валидни за молове (със замяната, ако е необходимо, на a.m.u с g) Например уравнението на реакцията: 2Na + Cl2 --> 2NaCl означава, че два натриеви атома реагират с една молекула хлор или което е същото, два мола натрий реагират с един мол хлор.
Законът за запазване на масата на веществата.
(М. В. Ломоносов, 1748; А. Лавоазие, 1789)
Масата на всички вещества, участващи в химична реакция, е равна на масата на всички продукти на реакцията.
Атомно-молекулярната теория обяснява този закон по следния начин: в резултат на химични реакции атомите не изчезват и не възникват, а се пренареждат (т.е. химическата трансформация е процесът на разкъсване на някои връзки между атомите и образуването на други, в резултат на което се получават молекулите на изходните вещества, молекулите на реакционните продукти). Тъй като броят на атомите преди и след реакцията остава непроменен, техните общо теглосъщо не трябва да се променя. Масата се разбира като количество, характеризиращо количеството материя.
В началото на 20 век формулировката на закона за запазване на масата е преразгледана във връзка с появата на теорията на относителността (А. Айнщайн, 1905 г.), според която масата на тялото зависи от неговата скорост и следователно характеризира не само количеството материя, но и нейното движение. Енергията DE, получена от тялото, е свързана с нарастването на масата му Dm чрез връзката DE = Dm c2, където c е скоростта на светлината. Това съотношение не се използва при химични реакции, т.к 1 kJ енергия съответства на промяна на масата от ~10-11 g и Dm трудно може да бъде измерена. При ядрени реакции, където DE е ~106 пъти по-голямо, отколкото при химични реакции, Dm трябва да се вземе предвид.
Въз основа на закона за запазване на масата е възможно да се съставят уравнения за химични реакции и да се използват за извършване на изчисления. Той е в основата на количествения химичен анализ.
Съставяне на химични уравнения.
Включва три етапа:
1. Записване на формулите на веществата, влезли в реакцията (вляво) и продуктите на реакцията (вдясно), свързвайки ги по смисъл със знаците "+" и "-->":
HgO --> Hg + O2
2. Избор на коефициенти за всяко вещество, така че броят на атомите на всеки елемент от лявата и дясната страна на уравнението да е еднакъв:
2HgO --> 2Hg + O2
3. Проверка на броя на атомите на всеки елемент в ляво и десни частиуравнения.
Изчисления за химични уравнения.
Изчисленията по химични уравнения (стехиометрични изчисления) се основават на закона за запазване на масата на веществата. В реални химични процеси, поради незавършени реакции и загуби, масата на продуктите обикновено е по-малка от теоретично изчислената. Реакционният добив (h) е съотношението на действителната маса на продукта (mp) към теоретично възможната (mt), изразено в части от единица или в проценти.
h= (mp / mt) 100%
Ако добивът на реакционни продукти не е посочен в условията на задачите, той се приема за 100% (количествен добив) при изчисленията.
Други свързани
Основните насоки (тенденции) на съвременната радиотехника проникване на идеите на радиотехниката в медицината
Не толкова отдавна се навършиха 100 години от първото приложение на електромагнитните вълни в света за практически цели. На 6 февруари 1900 г. руският физик, изобретателят на радиото Александър Попов, след като научи за нещастието - 27 рибари бяха отнесени в Балтийско море на откъснат леден къс - даде радио съобщение до острова на разстояние 50 километра ...
Форма и въртене на астероидите
Астероидите са толкова малки, че силата на гравитацията върху тях е незначителна. Тя не е в състояние да им придаде формата на топка, която придава на планетите и техните големи спътници, смачквайки и натъпквайки субстанцията им. Течливостта играе важна роля в това. Високи планинина Земята в подметката те се "разпръскват", тъй като здравината на скалите се оказва ...
атомна масае сумата от масите на всички протони, неутрони и електрони, които изграждат атом или молекула. В сравнение с протоните и неутроните, масата на електроните е много малка, така че не се взема предвид при изчисленията. Въпреки че е неправилен от формална гледна точка, този термин често се използва за означаване на средната атомна маса на всички изотопи на даден елемент. Всъщност това е относителната атомна маса, наричана още атомно теглоелемент. Атомното тегло е средната стойност на атомните маси на всички естествено срещащи се изотопи на даден елемент. Химиците трябва да правят разлика между тези два вида атомна маса, когато вършат работата си - неправилна стойност за атомна маса може например да доведе до неправилен резултат за добива на продукт от реакцията.
стъпки
Намиране на атомната маса според периодичната таблица на елементите
- Единицата за атомна маса характеризира масата един мол от дадения елемент в грамове. Тази стойност е много полезна при практически изчисления, тъй като може да се използва за лесно преобразуване на масата на даден брой атоми или молекули на дадено вещество в молове и обратно.
-
Намерете атомната маса в периодичната таблицаМенделеев.Повечето стандартни периодични таблици съдържат атомните маси (атомни тегла) на всеки елемент. По правило те се дават като число в долната част на клетката с елемента, под буквите, обозначаващи химичния елемент. Това обикновено не е цяло число, а десетичен знак.
Не забравяйте, че периодичната таблица показва средните атомни маси на елементите.Както беше отбелязано по-рано, относителните атомни маси, дадени за всеки елемент в периодична система, са средните стойности на масите на всички изотопи на атома. Тази средна стойност е ценна за много практически цели: например, тя се използва при изчисляване на моларната маса на молекули, състоящи се от няколко атома. Въпреки това, когато имате работа с отделни атоми, тази стойност обикновено не е достатъчна.
- Тъй като средната атомна маса е средна стойност от няколко изотопа, стойността, дадена в периодичната таблица, не е такава точенстойността на атомната маса на всеки отделен атом.
- Атомните маси на отделните атоми трябва да бъдат изчислени, като се вземе предвид точният брой протони и неутрони в един атом.
Научете как се пише атомната маса.Атомната маса, тоест масата на даден атом или молекула, може да бъде изразена в стандартни единици SI - грамове, килограми и т.н. Въпреки това, поради факта, че атомните маси, изразени в тези единици, са изключително малки, те често се записват в унифицирани единици за атомна маса или накратко a.u.m. са единици за атомна маса. Една единица атомна маса е равна на 1/12 от масата на стандартния изотоп въглерод-12.
Изчисляване на атомната маса на отделен атом
-
Намерете атомния номер на даден елемент или неговия изотоп.Атомното число е броят на протоните в атомите на даден елемент и никога не се променя. Например всички водородни атоми и самоте имат един протон. Натрият има атомен номер 11, защото има единадесет протона, докато кислородът има атомен номер осем, защото има осем протона. Можете да намерите атомния номер на всеки елемент в периодичната таблица на Менделеев - в почти всички негови стандартни опциитози номер е посочен над буквеното обозначение химичен елемент. Атомното число винаги е положително цяло число.
- Да предположим, че се интересуваме от въглероден атом. Във въглеродните атоми винаги има шест протона, така че знаем, че неговият атомен номер е 6. Освен това виждаме, че в периодичната таблица, в горната част на клетката с въглерод (C) е числото "6", което показва, че атомното въглеродно число е шест.
- Имайте предвид, че атомният номер на даден елемент не е еднозначно свързан с относителната му атомна маса в периодичната таблица. Въпреки че, особено за елементите в горната част на таблицата, атомната маса на даден елемент може да изглежда удвоена от неговия атомен номер, тя никога не се изчислява чрез умножаване на атомния номер по две.
-
Намерете броя на неутроните в ядрото.Броят на неутроните може да бъде различен за различните атоми на един и същи елемент. Когато два атома на един и същи елемент с еднакъв брой протони имат различен брой неутрони, те са различни изотопи на този елемент. За разлика от броя на протоните, който никога не се променя, броят на неутроните в атомите на даден елемент може често да се променя, така че средната атомна маса на елемент се записва като десетична дроб между две съседни цели числа.
Съберете броя на протоните и неутроните.Това ще бъде атомната маса на този атом. Игнорирайте броя на електроните, които заобикалят ядрото - общата им маса е изключително малка, така че те имат малък или никакъв ефект върху вашите изчисления.
Изчисляване на относителната атомна маса (атомно тегло) на елемент
-
Определете кои изотопи има в пробата.Химиците често определят съотношението на изотопите в определена проба с помощта на специален инструмент, наречен масспектрометър. По време на обучението обаче тези данни ще ви бъдат предоставени в условията на задачи, контрол и т.н. под формата на стойности, взети от научната литература.
- В нашия случай, да кажем, че имаме работа с два изотопа: въглерод-12 и въглерод-13.
-
Определете относителното съдържание на всеки изотоп в пробата.За всеки елемент се срещат различни изотопи в различни съотношения. Тези съотношения почти винаги се изразяват като процент. Някои изотопи са много често срещани, докато други са много редки - понякога толкова редки, че са трудни за откриване. Тези стойности могат да бъдат определени с помощта на масспектрометрия или намерени в справочник.
- Да приемем, че концентрацията на въглерод-12 е 99%, а на въглерод-13 е 1%. Други изотопи на въглерода наистина лисъществуват, но в толкова малки количества, че този случайте могат да бъдат пренебрегнати.
-
Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговата концентрация в пробата.Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговия процент (изразен като десетична дроб). За да конвертирате проценти в десетичен знак, просто ги разделете на 100. Получените концентрации винаги трябва да са 1.
- Нашата проба съдържа въглерод-12 и въглерод-13. Ако въглерод-12 е 99% от пробата, а въглерод-13 е 1%, тогава умножете 12 (атомна маса на въглерод-12) по 0,99 и 13 (атомна маса на въглерод-13) по 0,01.
- Наръчниците дават проценти, въз основа на известните количества на всички изотопи на даден елемент. Повечето учебници по химия включват тази информация в таблица в края на книгата. За изследваната проба относителните концентрации на изотопи могат също да бъдат определени с помощта на масспектрометър.
-
Съберете резултатите.Сумирайте резултатите от умножението, които сте получили в предишната стъпка. В резултат на тази операция ще намерите относителната атомна маса на вашия елемент - средната стойност на атомните маси на изотопите на въпросния елемент. Когато даден елемент се разглежда като цяло, а не конкретен изотоп на даден елемент, се използва тази стойност.
- В нашия пример 12 x 0,99 = 11,88 за въглерод-12 и 13 x 0,01 = 0,13 за въглерод-13. Относителната атомна маса в нашия случай е 11,88 + 0,13 = 12,01 .
- Някои изотопи са по-малко стабилни от други: те се разпадат на атоми на елементи с по-малко протони и неутрони в ядрото, освобождавайки частици, които изграждат атомното ядро. Такива изотопи се наричат радиоактивни.