Всяко вещество се състои от частици с определена структура (молекули или атоми). Моларна маса проста връзка изчислено според периодичната система от елементи на D.I. Менделеев. Ако е необходимо да се открие този параметър в сложно вещество, изчислението е дълго и в този случай фигурата се разглежда в справочник или химически каталог, по-специално Sigma-Aldrich.

Концепция за моларна маса

Моларната маса (М) е теглото на един мол вещество. Този параметър за всеки атом може да бъде намерен в периодичната таблица на елементите, той се намира точно под името. Когато се изчислява масата на съединенията, цифрата обикновено се закръглява с точност до цяла или десета. За окончателно разбиране откъде идва тази стойност е необходимо да се разбере понятието "бенка". Това е количеството вещество, съдържащо броя на частиците от последното, равно на 12 g от стабилния изотоп на въглерода (12 C). Атомите и молекулите на веществата се различават по размер в широк диапазон, докато броят им в мол е постоянен, но масата се увеличава и съответно обемът.

Понятието "моларна маса" е тясно свързано с числото на Авогадро (6,02 х 10 23 мол -1). Тази цифра означава постоянен брой единици (атоми, молекули) на вещество в 1 мол.

Стойността на моларната маса за химията

Химикалите влизат в различни реакции помежду си. Обикновено уравнението за всяко химично взаимодействие показва колко молекули или атоми се използват. Такива обозначения се наричат \u200b\u200bстехиометрични коефициенти. Те обикновено се появяват преди формулата. Следователно количествената характеристика на реакциите се основава на количеството вещество и моларната маса. Те ясно отразяват взаимодействието на атомите и молекулите помежду си.

Изчисляване на моларната маса

Атомният състав на всяко вещество или смес от компоненти на известна структура може да се види от периодичната таблица на елементите. Неорганичните съединения по правило се записват по брутната формула, т.е. без да се обозначава структурата, а само броят на атомите в молекулата. Органичните вещества за изчисляване на моларната маса са посочени по същия начин. Например бензол (C 6 H 6).

Как се изчислява моларната маса? Формулата включва вида и броя на атомите в молекулата. Според таблицата на Д.И. Менделеев е проверен моларни маси елементи и всяка цифра се умножава по броя на атомите във формулата.

Въз основа на молекулното тегло и вида на атомите, можете да изчислите техния брой в молекулата и да съставите формула на съединението.

Моларна маса на елементите

Често за извършване на реакции, изчисления в аналитичната химия и поставяне на коефициенти в уравнения се изисква познаване на молекулното тегло на елементите. Ако молекулата съдържа един атом, тогава тази стойност ще бъде равна на тази на веществото. При наличие на два или повече елемента моларната маса се умножава по техния брой.

Стойност на моларната маса при изчисляване на концентрациите

Този параметър се използва за преизчисляване на почти всички методи за изразяване на концентрацията на вещества. Например често възникват ситуации при определяне на масовата част на базата на количеството вещество в разтвор. Последният параметър се изразява в единица мол / литър. За определяне правилното тегло количеството на веществото се умножава по моларната маса. Получената стойност се намалява с коефициент 10.

Моларната маса се използва за изчисляване на нормалността на дадено вещество. Този параметър се използва в аналитичната химия за извършване на титри- и гравиметрични методи за анализ, когато се изисква точна реакция.

Измерване на моларна маса

Първият исторически опит беше измерването на плътността на газовете по отношение на водорода. Проведени са допълнителни проучвания на колигативните свойства. Те включват например осмотично налягане, определяне на разликата при кипене или замръзване между разтвор и чист разтворител. Тези параметри директно корелират с броя на частиците материя в системата.

Понякога измерването на моларната маса се извършва за вещество с неизвестен състав. Преди това се използва метод като изотермична дестилация. Същността му се състои в поставянето на разтвор на вещество в камера, наситена с пари на разтворител. При тези условия настъпва кондензация на парите и температурата на сместа се повишава, достига равновесие и започва да намалява. Освободената топлина от изпаряване се изчислява от промяната в скоростта на нагряване и охлаждане на разтвора.

Основното модерен метод измерването на моларната маса е масова спектрометрия. Това е основният начин за идентифициране на смеси от вещества. През модерни устройства този процес се извършва автоматично, само първоначално е необходимо да се изберат условията за разделяне на съединенията в пробата. Мас спектрометрията се основава на йонизацията на материята. В резултат се образуват различни заредени фрагменти от съединението. Масспектърът показва съотношението на масата към заряда на йоните.

Определяне на моларна маса за газове

Моларната маса на всеки газ или пара е лесна за измерване. Достатъчно е да се използва контрол. Един и същ обем на газообразно вещество е равен по количество на друго вещество при същата температура. По известен начин измерването на обема на парата е да се определи количеството изместен въздух. Този процес се извършва с помощта на странично рамо, водещо до измервателното устройство.

Практическо използване на моларна маса

По този начин понятието моларна маса се използва широко в химията. За да се опише процесът, да се създадат полимерни комплекси и други реакции, е необходимо да се изчисли този параметър. Важен момент е определянето на концентрацията на активно вещество във фармацевтично вещество. Например, като се използва клетъчна култура, се изследват физиологичните свойства на ново съединение. В допълнение, моларната маса е важна при биохимичните изследвания. Например при изучаване на участието в метаболитните процеси на даден елемент. Сега структурата на много ензими е известна, така че е възможно да се изчисли тяхното молекулно тегло, което се измерва главно в килодалтон (kDa). Днес са известни молекулните тегла на почти всички компоненти на човешката кръв, по-специално хемоглобин. Молекулната и моларната маса на веществото в определени случаи са синоними. Техните разлики са, че последният параметър е средната стойност за всички изотопи на атома.

Всички микробиологични експерименти с точно определение ефектът на веществото върху ензимната система се извършва с помощта на моларни концентрации. Например в биокатализата и други области, където са необходими изследвания на ензимната активност, се използват понятия като индуктори и инхибитори. За да се регулира активността на ензима на биохимично ниво, е необходимо да се изследват с помощта на точно моларни маси. Този параметър се е утвърдил в областта на естествените и инженерните науки като физика, химия, биохимия, биотехнологии. Процесите, характеризирани по този начин, стават по-разбираеми от гледна точка на механизмите, определяне на техните параметри. Преходът от фундаментална наука към приложна наука не е пълен без индикатор за моларна маса, започвайки от физиологични разтвори, буферни системи и завършвайки с определяне на дозите на фармацевтичните вещества за организма.

Съществува различни начини изрази на концентрацията на разтвори.

Масова част w компонент на разтвора се определя като съотношението на масата на даден компонент X, съдържащ се в дадена маса разтвор, към масата на целия разтворм ... Масовата част е безразмерна величина, изразява се във фракции от единица:

(0 1). (3.1)

Масов процент

е масовата част, умножена по 100:

(0% 100%), (3.2)

където w (X ) - масова част на компонента на разтвораХ; m (X ) Масата на компонента на разтвораХ; м Е общата маса на разтвора.

Молна фракция N компонент на разтвора е равен на съотношението на количеството вещество от този компонент X към общото количество вещество от всички компоненти в разтвора.

За бинарен разтвор, състоящ се от разтворено вещество и разтворител (например Н20), молната част на разтвореното вещество е:

. (3.3)

Процент мол

представлява молната част, умножена по 100:

N (X),% \u003d (N (X) 100)%. (3.4)

Обемна фракция

j компонент на разтвора се определя като съотношението на обема на този компонент X към общия обем на разтвораV ... Обемната фракция е безразмерно количество, изразява се във фракции от едно:

(0 1). (3.5)

Процент на обема

е обемната част, умножена по 100.

Моларността с m се дефинира като отношение на количеството на разтвореното вещество X към обема на разтвора V:

. (3.6)

Основната единица на моларност е mol / L. Пример за регистриране на моларна концентрация: s m (H2SO4 ) \u003d 0.8 mol / L или 0.8 M.

Нормалността с n се определя като отношение на броя на еквивалентите на разтвореното вещество X към обема на разтвора V:

Основната единица за нормалност е mol-eq / l. Пример за регистриране на нормалната концентрация: с n (H2SO4 ) \u003d 0.8 mol-еквивалент / l или 0.8n.

Титърът T показва колко грама от разтвореното вещество X се съдържа в 1 ml или в 1 cm 3 от разтвора:

където m (X) е масата на разтвореното вещество X, V е обемът на разтвора в ml.

Моларността на разтвора m показва количеството разтворено вещество X в 1 kg разтворител:

където n (X) е броят на моловете на разтвореното вещество X, m около е масата на разтворителя в kg.

Моларното (маса и обем) съотношение е съотношението на количествата (съответно маси и обеми) на компонентите в разтвора.

Трябва да се има предвид, че нормалността с n винаги е по-голяма или равна на моларността с m. Връзката между тях се описва с израза:

s m \u003d s n × f (X). (3.10)

За да получите уменията за превръщане на моларността в нормалност и обратно, помислете за таблица. 3.1. Тази таблица показва стойностите на моларността с m, които трябва да се преобразуват в нормалност с n и стойностите на нормалността с n, които трябва да се преобразуват в моларността с m.

Преизчислението се извършва съгласно уравнението (3.10). В този случай нормалността на решението се намира от уравнението:

s n \u003d s m / f (X). (3.11)

Резултатите от изчисленията са показани в таблица. 3.2.

Таблица 3.1

Определяне на моларност и нормалност на разтворите

Вид химическа трансформация
Обменни реакции			6n FeCl 3
	1.5M Fe 2 (SO 4) 3		0,1n VA (OH) 2
	в кисела среда		в неутрална среда

Таблица 3.2

Стойности на моларност и нормалност на решенията

Вид химическа трансформация
Обменни реакции		0.4n
	1.5M Fe 2 (SO 4) 3		0,1n VA (OH) 2
Редокс реакции	0,05 М KMnO 4 в кисела среда		в неутрална среда

Има съотношение между обемите V и нормалите с n реагенти:

V 1 s n, 1 \u003d V 2 s n, 2, (3.12)

което се използва за практически изчисления.

Примери за решаване на проблеми

Изчислете моларността, нормалността, моларността, титъра, молната част и моларното съотношение за 40 тегловни% разтвор на сярна киселина, ако плътността на този разтвор е 1.303 g / cm 3 . Определя се обемът от 70 тегл.% Разтвор на сярна киселина (r \u003d 1,611 g / cm 3 ), което ще е необходимо за приготвяне на 2 литра 0,1 N разтвор на тази киселина.

2 литра 0,1 N разтвор на сярна киселина съдържат 0,2 mol-екв., Т.е. 0,1 mol или 9,8 г. Масата на 70% киселинен разтвор е m \u003d 9,8 / 0,7 \u003d 14 г. Обемът на киселинния разтвор е V \u003d 14 / 1,611 \u003d 8,69 ml.

В 5 L вода се разтварят 100 L амоняк (NU). Изчислете масовата част и моларната концентрация на NH 3 в получения разтвор, ако плътността му е 0,992 g / cm 3 .

Маса от 100 l амоняк (n.u.) m \u003d 17 100 / 22,4 \u003d 75,9 g.

Маса на разтвора m \u003d 5000 + 75,9 \u003d 5075,9 g.

Масова част на NH 3 е равно на 75,9 / 5075,9 \u003d 0,0149 или 1,49%.

Количество вещество NH 3 равно на 100 / 22,4 \u003d 4,46 мола.

Обем на разтвора V \u003d 5,0759 / 0,992 \u003d 5,12 литра.

Моларността на разтвора с m \u003d 4.46 / 5.1168 \u003d 0.872 mol / l.

Колко мл 0,1 М разтвор на фосфорна киселина са необходими за неутрализиране на 10 мл 0,3 М разтвор на бариев хидроксид? Колко мл 2 и 14 тегл.% Разтвори NaCl ще са необходими за приготвянето на 150 мл 6,2 тегл.% Разтвор на натриев хлорид?

Плътности на разтвори на NaCl




3.2. Определете моларността на 0.2 N разтвор на магнезиев сулфат, взаимодействащ с натриев ортофосфат във воден разтвор.




3.4. Определете моларността на 0,1 N разтворKMnO 4 взаимодейства с редуциращ агент в кисела среда.

Масовият процент определя процента на елементите в химично съединение. За да намерите процента на масата, трябва да знаете моларната маса (в грамове на мол) на елементите, включени в съединението, или броя на грамовете на всеки компонент, необходим за получаване на даден разтвор. Процентът на масата се изчислява съвсем просто: достатъчно е масата на елемента (или компонента) да се раздели на масата на цялото съединение (или разтвор).

Стъпки

Определяне на масовите проценти за дадени маси

Изберете уравнението, за да определите процентната маса химично съединение. Процентът на масата се намира по следната формула: масов процент \u003d (маса на компонента / обща маса на съединението) x 100. За да се получи процент, резултатът от разделянето се умножава по 100.

• процент на масата \u003d (маса на компонента / обща маса на съединението) x 100.
• Масата на компонента, който ви интересува, трябва да бъде в изявлението за проблема. Ако не е дадена маса, преминете към следващия раздел, който обяснява как да определите процента на масата с неизвестна маса.
• Общата маса на химичното съединение се намира чрез добавяне на масите на всички елементи (компоненти), които са част от това съединение (или разтвор).

1. Изчислете общата маса на съединението. Ако знаете масите на всички компоненти, които съставляват съединението, просто ги съберете и по този начин ще намерите общата маса на полученото съединение или разтвор. Използвате тази маса като знаменател във вашето уравнение за процент на масата.

   • Пример 1: Какъв е масовият процент от 5 грама натриев хидроксид, разтворен в 100 грама вода?
     • Общата маса на разтвора е равна на сумата от количеството натриев хидроксид и вода: 100 g + 5 g дава 105 g.
   • Пример 2: Колко натриев хлорид и вода са ви необходими, за да направите 175 грама 15-процентов разтвор?
     • Този пример дава общата маса и необходим процент, и се изисква да се намери количеството вещество, което трябва да се добави към разтвора. Общото тегло е 175 грама.

2. Определете масата на посочения компонент. Ако бъдете помолени да изчислите "масови проценти", трябва да разберете колко процента от общата маса на дадено вещество е масата на даден компонент. Запишете масата на посочения компонент. Това ще бъде числителят във формулата за масовия процент.

   • Пример 1: Масата на даден компонент - натриев хидрохлорид - е 5 грама.
   • Пример 2: В този пример масата на дадения компонент е неизвестна и трябва да бъде намерена.

3. Включете стойностите в уравнението за масови проценти. След като сте определили всички необходими стойности, включете ги във формулата.

   • Пример 1: масови проценти \u003d (маса на компонента / обща маса на съединението) x 100 \u003d (5 g / 105 g) x 100.
   • Пример 2: необходимо е да се трансформира формулата за масовите проценти, така че да може да се намери неизвестната маса на химичния компонент: маса на компонента \u003d (масови проценти * обща маса на съединението) / 100 \u003d (15 * 175) / 100.

4. Изчислете масовия процент. След като замените всички стойности във формулата с масови проценти, извършете необходимите изчисления. Разделете масата на даден компонент от общото тегло на химичното съединение или разтвор и умножете по 100. Резултатът е масовият процент на този компонент.

   • Пример 1: (5/105) x 100 \u003d 0,04761 x 100 \u003d 4,761%. По този начин, масовият процент от 5 грама натриев хидрохлорид, разтворен в 100 грама вода, е 4,761%.
   • Пример 2: Пренаписаният израз за масовите проценти на даден компонент е (масови проценти * обща маса на веществото) / 100, от което намираме: (15 * 175) / 100 \u003d (2625) / 100 \u003d 26,25 грама натрий хлорид.
     • Откриваме необходимото количество вода, като изваждаме масата на компонента от общата маса на разтвора: 175 - 26,25 \u003d 148,75 грама вода.

   Определяне на масови проценти, когато не са посочени маси

   1. Изберете формула за тегловния процент на химично съединение. Основното уравнение за намиране на масови проценти е както следва: масови проценти \u003d (моларна маса на елемент / обща молекулярна маса на съединение) x 100. Моларната маса на веществото е масата на един мол от дадено вещество, докато молекулната маса е масата на един мол от общите химични връзки. Делението се умножава по 100, за да се получат проценти.

      • В началото на решаването на проблема запишете равенството: масови проценти \u003d (моларна маса на елемент / обща молекулна маса на съединението) x 100.
      • И двете количества се измерват в грамове на мол (g / mol).
      • Ако не ви се дават маси, масовият процент на даден елемент в дадено вещество може да бъде намерен с помощта на моларна маса.
      • Пример 1: Намерете масовия процент на водорода във водна молекула.
      • Пример 2: Намерете масовия процент въглерод в молекулата на глюкозата.

   2. Запишете химическата формула. Ако примерът не дава химичните формули на дадените вещества, трябва да ги запишете сами. Ако задачата съдържа необходимите формули за химични вещества, можете да пропуснете тази стъпка и да преминете директно към следващата стъпка (намерете масата на всеки елемент).

      • Пример 1: Запишете химическата формула на водата, H 2 O.
      • Пример 2: Запишете химическата формула на глюкозата, C 6 H 12 O 6.

   3. Намерете масата на всеки елемент в съединението. Определете моларното тегло на всеки елемент в химична формула според периодичната таблица. Обикновено масата на даден елемент е посочена под неговия химичен символ. Запишете моларните маси на всички елементи, които изграждат въпросното съединение.

   4. Умножете моларната маса на всеки елемент по неговата молна част. Определете колко мола от всеки елемент се съдържат в даден химично вещество, тоест молните фракции на елементите. Молните фракции се дават от числата в долната част на символите на елементите във формулата. Умножете моларната маса на всеки елемент по неговата молна част.

      • Пример 1: има 2 под символа на водорода и 1 под символа на кислорода (еквивалентно на никакво число). По този начин, моларната маса на водорода трябва да се умножи по 2: 1.00794 X 2 \u003d 2.01588; оставяме моларната маса на кислорода същата, 15.9994 (т.е. умножаваме по 1).
      • Пример 2: под въглеродния символ е 6, под водород 12 и под кислород 6. Умножавайки моларните маси на елементите по тези числа, ще намерим:
        • въглерод: (12,0107 * 6) \u003d 72,0642
        • водород: (1.00794 * 12) \u003d 12.09528
        • кислород: (15.9994 * 6) \u003d 95.9964

Смес, състояща се от два или повече компонента, се характеризира със свойствата и съдържанието на тези компоненти. Съставът на сместа може да се определи от масата, обема, количеството (брой молове или килограм мола) на отделните компоненти, както и стойностите на техните концентрации. Концентрацията на даден компонент в смес може да бъде изразена в тегловни, моларни и обемни фракции или проценти, както и в други единици.

Масова част w i на всеки компонент се определя от съотношението на масата m i на този компонент към масата на цялата смес m cm:

Като се има предвид, че общата маса на сместа е равна на сумата от масите на отделните компоненти, т.е.

можеш да пишеш:

или съкратено:

Пример 4.Сместа се състои от два компонента: m 1 \u003d 500 kg, m 2 \u003d 1500 kg. Определете масовата част на всеки компонент в сместа.

Решение.Масова част на първия компонент:

m cm \u003d m 1 + m 2 \u003d 500 + 1500 \u003d 2000 kg

Масова част на втория компонент:

Масовата част на втория компонент също може да се определи, като се използва равенството:

w 2 \u003d 1 - w 1 \u003d 1 - 0,25 \u003d 0,75

Обемна фракция n i на компонента в сместа е равен на съотношението на обема V i на този компонент към обема на цялата смес V:

Като се има предвид, че:

можеш да пишеш:

Пример 5. Газът се състои от два компонента: V 1 \u003d 15,2 m 3 метан и V 2 \u003d 9,8 m 3 етан. Изчисли насипен състав смеси.

Решение. Общият обем на сместа е:

V \u003d V 1 + V 2 \u003d 15,2 + 9,8 \u003d 25 m 3

Обемна част в сместа:

метан

етан v 2 = 1 – v 1 = 1 – 0,60 = 0,40

Молна фракцияn i на всеки компонент на сместа се определя като съотношението на броя на киломола N i на този компонент към общия брой киломола N на сместа:

Като се има предвид, че:

получаваме:

Преобразуването на молни фракции в масови фракции може да се извърши по формулата:

Пример 6. Сместа се състои от 500 кг бензен и 250 кг толуен. Определете моларния състав на сместа.

Решение.Молекулното тегло на бензола (C 6 H 6) е 78, толуолът (C 7 H 8) е 92. Броят на килограми мола е:

бензен

толуен

общ брой килограм бенки:

N \u003d N 1 + N 2 \u003d 6,41 + 2,72 \u003d 9,13

Моларната фракция на бензола е равна на:

За толуола молната част може да се намери от равенството:

откъдето: n 2 \u003d 1 - n 1 \u003d 1 - 0,70 \u003d 0,30

Средното молекулно тегло на сместа може да бъде определено чрез познаване на молната част и молекулното тегло на всеки компонент на сместа:

(21)

където n i - съдържание на компоненти в сместа, казват те. акции; M i- молекулно тегло на компонента на сместа.

Молекулното тегло на смес от няколко маслени фракции може да се определи по формулата

(22)

където m 1, m 2, ..., m n- маса на компонентите на сместа, кг; M 1, M 2, ....,. M p - молекулно тегло на компонентите на сместа; -% маса. съставна част.

Молекулното тегло на петролния продукт също може да бъде определено по формулата на Craig

(24)

Пример 7. Определете средното молекулно тегло на смес от бензен с изооктан, ако молната фракция на бензола е 0,51, изооктан 0,49.

Решение. Молекулното тегло на бензен 78, изооктан 114. Замествайки тези стойности във формула (21), получаваме

М ср \u003d 0,51 × 78 + 0,48 × 114 \u003d 95,7

Пример 8... Сместа се състои от 1500 кг бензен и 2500 кг н-октан. Определете средното молекулно тегло на сместа.

Решение. Използваме формулата (22)

Обемният моларен състав се превръща в маса, както следва. Този обемен (моларен) състав в проценти се приема за 100 мола. Тогава концентрацията на всеки компонент в проценти ще изразява броя на неговите бенки. След това броят на моловете на всеки компонент се умножава по молекулното му тегло, за да се получи теглото на всеки компонент в сместа. Чрез разделяне на масата на всеки компонент на общата маса се получава неговата масова концентрация.

Съставът на масата се превръща в обемна (моларна), както следва. Предполага се, че сместа се взема 100 (g, kg, t) (ако масовият състав е изразен като процент), масата на всеки компонент се разделя на молекулното му тегло. Получава се броят на бенките. Чрез разделяне на броя на моловете на всеки компонент на техния общ брой се получава обемната (моларна) концентрация на всеки компонент.

Средна плътност газ се определя по формулата:

Kg / m 3; g / cm 3

или въз основа на обемния състав:

,

или въз основа на масовия състав на сместа:

.

Относителната плътност се определя по формулата:

За простота на изчислението приемаме масата на сместа като 100 g, след което масата на всеки компонент ще съвпада числено с процентния състав. Нека намерим броя на бенките n i на всеки компонент. За това разделяме масата на всеки компонент m i на моларната маса:

Намираме обемния състав на сместа във фракции от единица

w i (СН4) \u003d 2,50: 3,74 \u003d 0,669; w (C2H6) \u003d 0,33: 3,74 \u003d 0,088;

W (С5Н8) \u003d 0,34: 3,74 \u003d 0,091; w (C4H10) \u003d 0,43: 3,74 \u003d 0,115;

W (C5H12) \u003d 0,14: 3,74 \u003d 0,037.

Намираме обемния състав на сместа като процент чрез умножаване на данните във фракции от единица по 100%. Въвеждаме всички получени данни в таблицата.

Изчисляваме средната маса на сместа.

M av \u003d 100: 3,74 \u003d 26,8 g / mol

Намерете плътността на сместа

Намерете относителната плътност:

W (СН4) \u003d 480: 4120 \u003d 0,117; w (C2H6) \u003d 450: 4120 \u003d 0,109;

W (C3H8) \u003d 880: 4120 \u003d 0,214; w (C4H10) \u003d 870: 4120 \u003d 0,211;

W (C5H12) \u003d 1440: 4120 \u003d 0,349.

M av \u003d 4120: 100 \u003d 41,2 g / mol.

g / l

Задание 15... Сместа се състои от пет компонента. Определете масата, обема и молната част на всеки компонент в сместа, средното молекулно тегло на сместа.