ყველა ადამიანმა იცის, რომ ჩვენს გარშემო არსებული სხეულები შედგება ატომებისა და მოლეკულებისგან. მათ აქვთ სხვადასხვა ფორმა და სტრუქტურა. ქიმიისა და ფიზიკის ამოცანების ამოხსნისას ხშირად საჭიროა მოლეკულის მასის პოვნა. განიხილეთ ამ სტატიაში ამ პრობლემის გადაჭრის რამდენიმე თეორიული მეთოდი.
ზოგადი ინფორმაცია
სანამ განიხილავთ, თუ როგორ უნდა იპოვოთ მოლეკულის მასა, თქვენ უნდა გაეცნოთ თავად კონცეფციას. აი რამდენიმე მაგალითი.
მოლეკულას ჩვეულებრივ უწოდებენ ატომების ერთობლიობას, რომლებიც გაერთიანებულია ერთმანეთთან ამა თუ იმ ტიპის ქიმიური ბმის საშუალებით. ასევე, ისინი უნდა და შეიძლება ჩაითვალოს მთლიანობაში სხვადასხვა ფიზიკურ და ქიმიურ პროცესებში. ეს ბმები შეიძლება იყოს იონური, კოვალენტური, მეტალიკი ან ვან დერ ვაალსი.
წყლის ცნობილ მოლეკულას აქვს ქიმიური ფორმულა H2O. მასში ჟანგბადის ატომი დაკავშირებულია პოლარული კოვალენტური ბმების საშუალებით წყალბადის ორ ატომთან. ეს სტრუქტურა განსაზღვრავს თხევადი წყლის, ყინულისა და ორთქლის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.
ბუნებრივი აირი მეთანი მოლეკულური ნივთიერების კიდევ ერთი ნათელი წარმომადგენელია. იქმნება მისი ნაწილაკებინახშირბადის ატომი და წყალბადის ოთხი ატომი (CH4). სივრცეში მოლეკულებს აქვთ ტეტრაედრის ფორმა, რომლის ცენტრში ნახშირბადია.
ჰაერი არის აირების რთული ნარევი, რომელიც ძირითადად შედგება ჟანგბადის მოლეკულებისგან O2 და აზოტის N2. ორივე ტიპი დაკავშირებულია ძლიერი ორმაგი და სამმაგი კოვალენტური არაპოლარული ბმებით, რაც მათ უაღრესად ქიმიურად ინერტულ ხდის.
მოლეკულის მასის განსაზღვრა მისი მოლური მასის მეშვეობით
ქიმიური ელემენტების პერიოდული სისტემა შეიცავს დიდი რაოდენობით ინფორმაციას, რომელთა შორის არის ატომური მასის ერთეულები (amu). მაგალითად, წყალბადის ატომს აქვს ამუ 1, ხოლო ჟანგბადის ატომს 16. თითოეული ეს რიცხვი მიუთითებს იმ მასაზე გრამებში, რომელიც ექნება სისტემას, რომელიც შეიცავს შესაბამისი ელემენტის 1 მოლ ატომს. შეგახსენებთ, რომ ნივთიერების ოდენობის 1 მოლი საზომი ერთეული არის ნაწილაკების რაოდენობა სისტემაში, რომელიც შეესაბამება ავოგადროს რიცხვს NA, ის უდრის 6,0210. 23.
მოლეკულის განხილვისას ისინი იყენებენ არა ამუს, არამედ მოლეკულური წონის კონცეფციას. ეს უკანასკნელი არის მარტივი ჯამი a.m.u. ატომებისთვის, რომლებიც ქმნიან მოლეკულას. მაგალითად, H2O-სთვის მოლური მასა იქნება 18 გ/მოლი, ხოლო O2 32 გ/მოლ. ზოგადი კონცეფციის გათვალისწინებით, შეგიძლიათ გააგრძელოთ გამოთვლები.
მოლური მასა M მარტივი გამოსაყენებელია მოლეკულის მასის გამოსათვლელად m1. ამისათვის გამოიყენეთ მარტივი ფორმულა:
მ1=M/NA.
ზოგიერთ ამოცანაშიშეიძლება მივცეთ m სისტემის მასა და მასში არსებული მატერიის რაოდენობა. ამ შემთხვევაში ერთი მოლეკულის მასა გამოითვლება შემდეგნაირად:
მ1=m/(nNA).
იდეალური გაზი
ამ კონცეფციას ჰქვია ისეთ გაზი, რომლის მოლეკულები შემთხვევით მოძრაობენ სხვადასხვა მიმართულებით დიდი სიჩქარით, არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. მათ შორის მანძილი ბევრად აღემატება მათ ზომებს. ასეთი მოდელისთვის, შემდეგი გამოთქმა მართალია:
PV=nRT.
მას მენდელეევ-კლაპეირონის კანონს უწოდებენ. როგორც ხედავთ, განტოლება აკავშირებს წნევას P, მოცულობა V, აბსოლუტური ტემპერატურა T და ნივთიერების რაოდენობა n. ფორმულაში R არის გაზის მუდმივი, რიცხობრივად ტოლია 8.314. დაწერილ კანონს უწოდებენ უნივერსალურ, რადგან ის არ არის დამოკიდებული სისტემის ქიმიურ შემადგენლობაზე.
თუ ცნობილია სამი თერმოდინამიკური პარამეტრი - T, P, V და სისტემის მნიშვნელობა m, მაშინ იდეალური გაზის მოლეკულის მასა m1 არ არის რთული დადგენა შემდეგი ფორმულით:
მ1=mRT/(NAPV).
ეს გამოთქმა ასევე შეიძლება დაიწეროს გაზის სიმკვრივის ρ და ბოლცმანის მუდმივში kB:
მ1=ρkBT/P.
პრობლემის მაგალითი
ცნობილია, რომ ზოგიერთი აირის სიმკვრივეა 1,225 კგ/მ3 ატმოსფერული წნევის 101325 Pa და ტემპერატურა 15 oC.. რა არის მოლეკულის მასა? რა გაზზეა საუბარი?
იმიტომ, რომ ჩვენ გვაძლევენ წნევას, სიმკვრივეს და ტემპერატურასსისტემა, მაშინ შეგიძლიათ გამოიყენოთ წინა აბზაცში მიღებული ფორმულა ერთი მოლეკულის მასის დასადგენად. ჩვენ გვაქვს:
მ1=ρkBT/P;
მ1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 კგ.
პრობლემის მეორე კითხვაზე პასუხის გასაცემად, ვიპოვოთ აირის მოლური მასა M:
M=m1NA;
M=4.80710-266.021023=0.029 კგ/მოლი.
მოლური მასის მიღებული მნიშვნელობა შეესაბამება აირის ჰაერს.
