Относителни атомни и молекулни маси.
Относителна атомна маса
Атомите на елементите се характеризират с определена (само присъща) маса. Например масата на Н атома е 1,67 . 10 −23 g, С атом − 1,995 . 10 −23 g, O атом − 2,66 . 10-23 години
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 единицата за атомна маса (1,6605 . 10-24 g).
Молекулата е най-малката частица от вещество, която задържа Химични свойстваот това вещество. Всички молекули са изградени от атоми и следователно също са електрически неутрални.
Съставът на молекулата се предава молекулярна формула, което отразява висококачествен съставвещество (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 (amu) е равна на 1/12 маса мвъглероден атом 12 C ( медин атом от 12 C е равен на 1,993 H10 -26 kg).
Относителна атомна маса на елемент (A r)е безразмерна величина, равна на отношението средно теглоатом на елемент до 1/12 от масата на атом 12 C. При изчисляване на относителната атомна маса се взема предвид изотопният състав на елемента. Количества A rопределена по таблица Д.И. Менделеев
Абсолютна атомна маса (m)равна на относителната атомна маса, умножена по 1 amu. 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 (Mr)е безразмерна величина, равна на отношението на масата ммолекули на вещество до 1/12 от масата на 12 С атом:
Относителната молекулна маса е равна на сбора от относителните маси на атомите, които изграждат молекулата. Например:
Г-н(C2H6) = 2H A r(С) + 6Н A r(H) = 2H12 + 6 = 30.
Абсолютната маса на една молекула е равна на относителната молекулна маса, умножена по 1 amu.
2. Каква е моларната 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 (въображаема) на частицата 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 (еквивалентно на окисление-редукция), или заряда на йон X (йонен еквивалент).
Моларната маса на еквивалента, размерност – g/mol, е отношението 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.
Закон за еквивалентите: Масите на реагиращите вещества са свързани една с друга като моларни маси на техните еквиваленти.
Математически израз
където m 1 и m 2 са масите на реагентите,
Моларни маси на техните еквиваленти.
Ако реагираща част от 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 вярва във връзката между енергия и маса
E=m×c 2, s=3×108 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 трансформират една в друга, но когато енергията на тялото се промени д, масата му се променя м. В ядрената химия настъпват значителни промени в масата.
От гледна точка на атомно-молекулярната теория атомите с постоянна маса не изчезват и не се появяват 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. Всички количествени изчисления се основават на закона за запазване на масата и следователно производството може да бъде планирано и контролирано.
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 различни видове(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 огромно разнообразие от различни химични реакции и няколко начина за класифицирането им. 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 и обмен.
Реакция на съединениее 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 = CO 2, 2Mg + O 2 = 2MgO
Взаимодействието на метал с неметал и производството на сол - 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Взаимодействие на оксид с вода - CaO + H 2 O = Ca (OH) 2
Реакция на разлаганее реакция, при която реагентът е едно сложно вещество, а продуктът е две или повече прости или сложни вещества. Най-често реакциите на разлагане възникват при нагряване. Примери за реакции на разлагане:
Разлагане на креда при нагряване: CaCO 3 = CaO + CO 2
Разграждане на водата под влияние електрически ток: 2H 2 O = 2H 2 + O 2
Разлагане на живачен оксид при нагряване - 2HgO = 2Hg + O 2
Реакция на заместванее реакция, при която реагентите 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 простия реагент. Примери:
Заместване на водород в киселини - Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2
Изместване на метал от сол - Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
Образуване на алкали - 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
Обменна реакция- това е реакция, чиито реагенти и продукти са две сложни вещества; по време на реакцията реагентите обменят своите компоненти, което води до образуването на други сложни вещества. Примери:
Взаимодействие на сол с киселина: FeS + 2HCl = 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 класифицирани в 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 върху разсейването на алфа частици беше показано, че почти цялата маса на атома е концентрирана в много малък обем - положително заредено ядро. Според модела на Ръдърфорд електроните непрекъснато се движат около ядрото на сравнително голямо разстояние и техният брой е такъв, че като цяло атомът е електрически неутрален. По-късно наличието на тежко ядро, заобиколено от електрони в атома, 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 сферична система 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 разположени 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 вибрации около равновесните позиции. Тези опити обаче бяха неуспешни. 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 предлага правило за квантуване, така 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 и не допринасят с нищо за енергията на електронното състояние, 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 ние сме в тази позиция, само малко по-добре от това, когато разчитаха на модела на атома на Бор.
8. Какво се определя и какви стойности може да има: 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 азбучни стойности (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 D.I. Менделеев, характеризира енергийната стойност на електрона и размера на орбиталата. Елемент с n=3 има 3 енергийни нива, намира се в третия период и има по-голям размер и енергия на електронния облак 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 значения лТе се различават донякъде по енергия, т.е. нивата са разделени на поднива.
Броят на възможните поднива е равен на главното 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 при 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, причинен от 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 кутия, можете да покажете
Правила, характеризиращи реда на запълване на орбиталите.
Принцип на Паули:
лл n 2, а на нива - 2n 2
n+l), ако са равни, с н- най-малкият.
Правилото на Хунд
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 смята, че наред с границата на делимост на материята - атома, има граница на делимост на енергията - кванта. 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 абсорбира или излъчва енергия. Разрешени са само тези орбити, за които ъгловият импулс, равен на произведението m e × V × r, може да се променя на определени части (кванти), т.е. квантувано.
Състоянието на атом с n=1 се нарича нормално, с n=2,3... - възбудено.
Скоростта на електрона намалява с увеличаване на радиуса, а кинетичната и общата 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=-21.76×10 -19 /n 2 J/atom=-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 линейната природа на спектъра на водородните атоми.
недостатъци:
1. Предполага се, че електронът остава само в стационарни орбити; как в този случай се осъществява преходът на електроните?
2. Всички детайли на спектрите не са обяснени, тяхната дебелина е различна.
Какво се нарича енергийно ниво и енергийно подниво в атома?
Номер енергиянива атомравен на номера на периода, в който се намира. Например, калият (K), 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 даряват или да получават електрони определя техните химични свойства.
Електронът има двойна природа (частично-вълнова) природа. Поради своите вълнови свойства, електроните в атома могат да имат само стриктно определени стойностиенергии, които зависят от разстоянието до ядрото. Електрони с подобни енергийни стойности образуват енергийно ниво. Съдържа строго определен брой електрони - максимум 2n 2. Енергийните нива се разделят на s-, p-, d- и f- поднива; техният брой е равен на номера на нивото.
Електронни квантови числа
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 и размера на електронния облак. Приема цели числа (n = 1, 2, 3...) и съответства на номера на периода. От периодичната таблица за всеки елемент, по номера на периода, можете да определите броя на енергийните нива на атома и кое енергийно ниво е външното.
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 стойността на цели числа 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 n стойности се нарича енергийно ниво, а набор от орбитали с еднакви n и l се нарича подниво.
l=0 s- подниво, s- орбитала – орбитална сфера
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 първото енергийно ниво (n = 1) орбиталното квантово число l заема едно значение l = (n - 1) = 0. Формата на жилището е сферична; На първо енергийно ниво има само едно подниво – 1s. 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-орбиталата е по-голяма сфера, отколкото на второто енергийно ниво; l = 1, p-орбитала - дъмбел, по-голям от този 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 Хунд.
Принцип на Паули:един атом не може да има два или повече електрона с еднакъв набор от четирите квантови числа. От което следва, че една орбитала може да съдържа два електрона с противоположно насочени спинове.
Максимален възможен брой електрони:
на s - подниво - една орбитала - 2 електрона, т.е. s2;
на p- – - три орбитали – 6 електрона, т.е. p 6;
на d - – - пет орбитали – 10 електрона, т.е. d 10;
на f- –– - седем орбитали – 14 електрона, т.е. е 14.
Броят на орбиталите в 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 нива - 2n 2, Че. в първия период на периодичната таблица на елементите може да има максимум 2 елемента, във втория - 8, в третия - 18 елемента, в четвъртия - 32.
В съответствие с правилата I и II на M.V. Klechkovsky, запълването на орбиталите става в ред на увеличаване на сумата ( n+l), ако са равни, с н- най-малкият.
Електронни формулисе записват, както следва:
1. Номерът на енергийното ниво е посочен под формата на цифров коефициент.
2. Дайте буквените означения на поднивото.
3. Броят на електроните на дадено енергийно подниво се посочва като експонента и всички електрони на дадено подниво се сумират.
Поставянето на електрони в рамките на дадено подниво зависи от Правилото на Хунд: 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 процедурата за попълване на AO?
В съответствие с правилата I и II на M.V. Klechkovsky, запълването на орбиталите става в ред на увеличаване на сумата ( n+l), ако са равни, с н- най-малкият.
Електронните формули се записват, както следва:
1. Номерът на енергийното ниво е посочен под формата на цифров коефициент.
2. Дайте буквените означения на поднивото.
3. Броят на електроните на дадено енергийно подниво се посочва като експонента и всички електрони на дадено подниво се сумират.
14. Какво се нарича йонизационна енергия, електронен афинитет, електроотрицателност и в какви единици се измерват?
Атомни характеристики. Химическа природана елемент се определя от способността на неговия атом да губи или да получава електрони. Тази способност може да бъде количествено определена йонизационна енергияатом и неговите електронен афинитет.
Йонизационна енергияе енергията, която трябва да се изразходва за отстраняване на електрон от атом (йон или молекула). Изразява се в джаули или електронволтове. 1 EV = 1,6×10 -19 J.
Йонизационната енергия I е мярка за редукционната сила на атома. Колкото по-малко е I, толкова по-голяма е редукционната сила на атома.
Най-ниски 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-големи стойностиР-елементите от VIII група притежават I 1. Това увеличение на йонизационната енергия по време на прехода от s елементи от група I към p елементи от група VIII се причинява от увеличаване на ефективния заряд на ядрото.
Електронен афинитете енергията, която се освобождава, когато електрон се прикрепи към атом (йон или молекула). Също така се изразява 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 група VII (халогени) имат най-голям афинитет към електроните, тъй като чрез добавяне 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 имат 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
Добавянето на следващи електрони е невъзможно. По този начин не съществуват многозарядни аниони O 2-, N 3-.
Електроотрицателносте 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.
Електроотрицателността на елементите нараства с период и намалява с група.
Едно от основните свойства на атомите е тяхната маса. Абсолютна (истинска) маса на атом– стойността е изключително малка. Невъзможно е да се претеглят атоми на везни, защото не съществуват толкова точни везни. 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 атом на уран, един от най-тежките атоми, е приблизително 0,000 000 000 000 000 000 000 4 грама.
Точната маса 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 (намерете съотношението на техните маси). От определянето на относителните атомни маси на елементите, различни атоми са използвани като сравнения. Едно време водородните и кислородните атоми бяха уникални 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.).
И до днес стандартът 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 (amu) – маса на 1/12 от въглероден атом
Нека сравним колко пъти се различава абсолютната маса на водороден и уранов атом 1 amu, за да направим това, разделяме тези числа едно на друго:
Стойностите, получени при изчисленията, са относителните атомни маси на елементите - спрямо 1/12 от масата на въглероден атом.
Така относителната атомна маса на водорода е приблизително 1, а тази на урана е 238.Моля, обърнете внимание, че относителната атомна маса няма мерни единици, тъй като единиците за абсолютна маса (грамове) се отменят при разделяне.
Относителните атомни маси на всички елементи са посочени в Периодичната таблица на химичните елементи от D.I. Менделеев. Символ, използван за обозначаване на роднина атомна маса –Аr (буквата r е съкращение от думата роднина,което означава относително).
Относителните атомни маси на елементите се използват в много изчисления.По правило стойностите, дадени в периодичната таблица, са закръглени до цели числа. Обърнете внимание, че елементите в периодичната таблица са подредени в ред на увеличаване на относителните атомни маси.
Например, използвайки периодичната таблица, 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 мерни 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 (gm) на водна молекула.
Абсолютните маси на молекулите могат лесно да бъдат заменени с относителни молекулни маси (виж 3, глава 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, абсолютните маси на атомите и молекулите могат да бъдат изчислени по следната формула:
Отговор Абсолютната маса на водна молекула е равна на 3X X 10-" g = 3-10- kg.
Броят на молекулите в един мол вещество, наречено число на Авогадро, Nf, = 6,0240-Yu. Като разделим масата на един мол от всяко вещество на числото на Авогадро, получаваме абсолютната маса на молекулата в грамове. Например, масата на молекула Hg е 2,016 6,02-10 = 3,35-10" g. Абсолютната маса на атома се изчислява по подобен начин. Молекулите имат диаметър приблизително от един до десетки ангстрьома (1 A = 10" cm) .
В зависимост от размера и формата на елементарната клетка, както и от възможните размери и симетрия на молекулите, въпросът е колко молекули могат да се поберат в дадена елементарна клетка. Когато решавате този проблем, винаги вземете предвид правилото, че молекулите са плътно опаковани в кристала, т.е. издатините на една молекула се вписват във вдлъбнатините на друга и т.н. (фиг. 16). По този начин формата на единичната клетка често дава възможност да се прецени 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 същия брой пъти по-малко от масата на малка пелета, колко пъти масата на човек е по-малка 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 пренебрежимо малки и неудобни за изчисления, се използва 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 мол вещество, наречен константа на Авогадро VA, е 6,0220-10. Разделяйки масата на 1 мол от всяко вещество на константата на Авогадро, получаваме абсолютната маса на молекулите в грамове. Например, масата на молекулата Н е 2,016 6,02-10 3 = 3,35 g. По същия начин се изчислява абсолютната маса на атома. Молекулите имат диаметър от приблизително 0,1 до 1 nm.
Как се изчислява абсолютната маса на атомите и молекулите Изчислете абсолютните маси на меден атом и молекула фосфид водород.
Кинетичната енергия e на две молекули с маси Sh] и Sh2 може да се изрази както чрез техните общи абсолютни скорости C и Cr в пространството, така и чрез компонентите на тези скорости
Изчисляване на абсолютни маси и обеми на атоми и молекули
Коефициентът на разделяне на абсолютната маса на молекула от съединение или елемент на една дванадесета от абсолютната маса на въглероден изотопен атом. Сумата от атомните маси на всички елементи на една молекула.
Масите на другите атоми, както и на молекулите, също са изключително малки (абсолютната молекулна маса се обозначава с tm), например масата на водната молекула е
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 е очевидно невъзможно да се претегли отделна молекула, теорията отвори друг път, беше необходимо по някакъв начин
Използвайки химическата формула на газообразно вещество, можете да определите 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, изразени в грамове 3. Как е Законът на Авогадро формулира 4. Какъв обем заема една молекула грам? всеки газ при нормални условия 5. Какво е числото на Авогадро? На какво е равно? 6. Според формулата на ацетилена C3Na
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 UC
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 е очевидно невъзможно да се претегли отделна 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 (А). Точно толкова невъзможно е да се преброят молекулите директно, както и да се претеглят, но числото на Авогадро е включено в много уравнения различни отделифизика и може да се изчисли въз основа на тези уравнения. Очевидно е, че ако резултатите от такива изчисления, направени 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 чрез компоненти на скоростта или чрез самите абсолютни скорости, както следва
Както е известно, топлината е мярка за кинетичната енергия на движение на частиците, които образуват дадено вещество. Установено е, че при температура, значително 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 разделени на тренировъчен масив, съдържащ молекули с известни свойстваи предвидената група от молекули. Анализираният тренировъчен масив за обекта на изследването е разделен на две алтернативни групи (активни - неактивни). Създадените модели представляват уравнения на логическата форма L = 7 (3), където L е активност, (8) е решаващият набор от характеристики (RSF) - комплекс от фрагменти структурни формулии техните различни комбинации, така наречените подструктурни дескриптори. Въздействието на фрагментите и техните комбинации върху дейността се оценява 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 на тази характеристикавърху имоти. Знакът плюс характеризира положително влияние, минус - отрицателен. P е алгоритъм, с помощта на 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 връзките, с положително и отрицателно информационно съдържание. Процедурите за молекулярно проектиране са описани допълнително в раздел 5.
Относителната молекулна маса Mr е отношението на абсолютната маса на молекула към Vi2 масата на атом от въглероден изотоп. Моля, 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 в методи, които използват движението на сместа, която се разделя в потенциално поле. Повечето характерен методВторият клас е именно методът на газовата центрофуга, който обаче изисква, дори за лабораторна демонстрация на грандиозните си възможности, много впечатляваща разработка, поради абсолютната нестандартност на инженерството на газовата центрофуга. Предложен, вероятно от Дирак, приблизително по същото време като газовата центрофуга, методът на разделителната дюза (дюза на Бекер, кръстена на 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 молекула е 2,99-10 g, масата на молекулата H2804 1,63 K) g. 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- число, показващо колко пъти абсолютната маса на една молекула от атомно съединение е по-голяма от единицата за атомна 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 на кристална структура. Размерите на елементарната клетка могат да бъдат измерени, ако е необходимо, с много висока точност (грешка 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 да е твърде голяма експериментална работа). В допълнение към определянето на абсолютната маса на клетка, информация относно възможното съдържание на клетка може да бъде получена от кристални структури по друг начин. Пространствената група на симетрия, естеството и разнообразието от еквивалентни допустими 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, всички те осигуряват определено количество на информация, която трябва да бъде намерена в съответствие с всяко предназначение химична формула. Така че, независимо от наличието на други молекули, 46 водни молекули на единица трябва да бъдат включени във всяка формула клетъчна структурахидратира 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 границите 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, разделете 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 веществото обикновено се разбира като съотношението на масата на молекула на дадено вещество към 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, останалите 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 молекулно тегло въглероден двуокис CO2 е равно на 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 колебания около тези позиции или дори ротации. С повишаване на температурата относителният брой молекули 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 простите и сложните атоми, следователно не разпознава два етапа (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 атомизма на Далтън беше неговата доктрина за масата на атомите. Съвсем правилно вярвайки, 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 Далтон е първият, който дефинира 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 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 молекули вода са 18 X 10 = 180 g, т.е. приблизително чаша вода, а 10 молекули вода са незначително количество, което не може да бъде претеглено.
Какво е молекулярният еквивалент? Маса на CO2 абсолютната маса на молекула CO2, изразена в прости числа 3. Как е формулиран законът на Авогадро 4. Какъв обем заема граматичната молекула на всеки газ при нормални условия?
Въз основа на проведените експерименти беше установена ясна връзка между абсолютната маса на разпръснатите аминокиселинни молекули 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 с n и се измерва в молове. Един мол е количеството вещество, съдържащо толкова частици, колкото има атоми в 12 g въглерод.
Номер на Avogadro di Quaregna (NA). Броят на частиците в 1 мол от всяко вещество е еднакъв и е равен на 6,02 1023. (Константата на Авогадро има размерност 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
Да определим броя 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 първото количество има размерността g/mol, а второто е безразмерно.
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 amu. (SO3), тогава масата на един мол молекули е равна на 80 г. Константата на Авогадро е коефициент на пропорционалност, който осигурява прехода от молекулни отношения към моларни. Всички твърдения относно молекулите остават валидни за молове (със заместване, ако е необходимо, на amu с g). Например уравнението на реакцията: 2Na + Cl2 --> 2NaCl означава, че два натриеви атома реагират с една хлорна молекула или , което е същото нещо, два мола натрий реагират с един мол хлор.
Закон 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 се появяват, а се извършва тяхното пренареждане (т.е. химическата трансформация е процес на разкъсване на едни връзки между атомите и образуване на други, като в резултат на което от първоначалните молекули се получават вещества, молекули на реакционни продукти). Тъй като броят на атомите преди и след реакцията остава непроменен, тогава техният 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 едно тяло, е свързана с нарастването на неговата маса 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 в масата от ~10-11 g и Dm практически не 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 на химичните реакции и да се правят изчисления с тях. Той е в основата на количествения химичен анализ.
Писане на химични уравнения.
Включва три етапа:
1. Запишете формулите на веществата, които са влезли в реакцията (вляво) и продуктите на реакцията (вдясно), като ги свържете 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 според химични уравнения.
Изчисленията с помощта на 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 маса (mt), изразено в части от единица или като процент.
h= (mp / mt) 100%
Ако добивът на реакционните продукти не е посочен в условията на проблема, той се приема за 100% при изчисленията (количествен добив).
Друго по темата
Основните направления (тенденции) на съвременната радиотехника; навлизането на радиотехническите идеи в медицината.
Неотдавна се навършиха 100 години от първото използване на електромагнитни вълни в света за практически цели. На 6 февруари 1900 г. руският физик и изобретател на радиото Александър Попов, научавайки за нещастието - 27 рибари са били отнесени в Балтийско море върху счупен леден блок - изпраща радио съобщение до острова на 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, каквато придава на планетите и техните големи спътници, смачквайки и уплътнявайки материята им. Феноменът на течливостта играе основна роля тук. Високи планинина Земята те се „разпълзяват” в основата, 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 това формално не е правилно, терминът често се използва за означаване на средната атомна маса на всички изотопи на даден елемент. Това всъщност е относителна атомна маса, наричана още атомно теглоелемент. Атомното тегло е средната стойност на атомните маси на всички изотопи на елемент, открит в природата. Химиците трябва да правят разлика между тези два типа атомна маса, когато вършат работата си - неправилна атомна маса може например да доведе до неправилен резултат за добива на реакция.
стъпки
Намиране на атомна маса от периодичната таблица на елементите
- Единицата за атомна маса характеризира масата един мол от даден 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. Обикновено те са изброени като число в долната част на клетката на елемента, под буквите, представляващи химичния елемент. Обикновено това не е цяло число, а десетична дроб.
Не забравяйте, че периодичната таблица дава средните атомни маси на елементите.Както беше отбелязано по-рано, относителните атомни маси, дадени за всеки елемент в периодичната таблица, 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 на няколко изотопа, стойността, показана 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, тъй като атомните маси, изразени в тези единици, са изключително малки, те често се записват в унифицирани единици за атомна маса или накратко amu. – 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. Атомното число на натрия е 11, защото има единадесет протона в ядрото си, докато атомното число на кислорода е осем, защото има осем протона в ядрото си. Можете да намерите атомния номер на всеки елемент от периодичната таблица - в почти всички стандартни опциитози номер е посочен над буквеното обозначение химичен елемент. Атомното число винаги е положително цяло число.
- Да предположим, че се интересуваме от въглеродния атом. Въглеродните атоми винаги имат 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 атомният въглеродното 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, може да изглежда, че атомната маса на даден елемент е два пъти по-голяма от неговия атомен номер, тя никога не се изчислява чрез умножаване на атомното число 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 със стойност, разположена 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 - тяхната обща маса е изключително малка, така че те практически нямат ефект върху вашите изчисления.
Изчисляване на относителната атомна маса (атомно тегло) на елемент
-
Определете кои изотопи се съдържат в пробата.Химиците често определят изотопните съотношения на определена проба с помощта на специален инструмент, наречен масспектрометър. По време на обучение обаче тези данни ще ви бъдат предоставени в задачи, тестове 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 в проценти. 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 въглеродни изотопи наистина лисъществуват, но в толкова малки количества, че в такъв случайте могат да бъдат пренебрегнати.
-
Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговата концентрация в пробата.Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговото процентно съдържание (изразено като десетична дроб). За преобразуване на лихвата 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 съставлява 99% от пробата, а въглерод-13 съставлява 1%, тогава умножете 12 (атомната маса на въглерод-12) по 0,99 и 13 (атомната маса на въглерод-13) по 0,01.
- Справочниците дават проценти, въз основа на известните количества на всички изотопи на даден елемент. Повечето учебници по химия съдържат тази информация в таблица в края на книгата. За пробата, която се изследва, относителните концентрации на изотопи могат също да бъдат определени с помощта на масспектрометър.
-
Съберете резултатите.Обобщете 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 се разглежда елемент 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.