Formules voor het berekenen van de massa van een molecuul, een voorbeeld van een probleem

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

Iedereen weet dat de lichamen om ons heen uit atomen en moleculen bestaan. Ze hebben verschillende vormen en structuren. Bij het oplossen van problemen in scheikunde en natuurkunde is het vaak nodig om de massa van een molecuul te vinden. Overweeg in dit artikel verschillende theoretische methoden om dit probleem op te lossen.

Algemene informatie

Voordat je overweegt hoe je de massa van een molecuul kunt vinden, moet je eerst kennis maken met het concept zelf. Hier zijn enkele voorbeelden.

Een molecuul wordt meestal een verzameling atomen genoemd die met elkaar zijn verbonden door een of ander type chemische binding. Ook moeten en kunnen ze als een geheel worden beschouwd in verschillende fysische en chemische processen. Deze bindingen kunnen ionisch, covalent, metallisch of van der Waals zijn.

Het bekende watermolecuul heeft de chemische formule H₂O. Het zuurstofatoom daarin is door middel van polaire covalente bindingen verbonden met twee waterstofatomen. Deze structuur bepa alt veel van de fysische en chemische eigenschappen van vloeibaar water, ijs en stoom.

Aardgasmethaan is een andere heldere vertegenwoordiger van een moleculaire stof. De deeltjes worden gevormdeen koolstofatoom en vier waterstofatomen (CH₄). In de ruimte hebben de moleculen de vorm van een tetraëder met koolstof in het midden.

Lucht is een complex mengsel van gassen, dat voornamelijk bestaat uit zuurstofmoleculen O₂ en stikstof N₂. Beide typen zijn verbonden door sterke dubbele en driedubbele covalente niet-polaire bindingen, waardoor ze zeer chemisch inert zijn.

De massa van een molecuul bepalen door middel van zijn molaire massa

Het periodiek systeem van chemische elementen bevat een grote hoeveelheid informatie, waaronder atomaire massa-eenheden (amu). Een waterstofatoom heeft bijvoorbeeld een amu van 1 en een zuurstofatoom van 16. Elk van deze getallen geeft de massa in grammen aan die een systeem met 1 mol atomen van het overeenkomstige element zal hebben. Bedenk dat de meeteenheid van de hoeveelheid stof 1 mol het aantal deeltjes in het systeem is, overeenkomend met het Avogadro-getal N_A, het is gelijk aan 6,0210 ²³.

Bij het overwegen van een molecuul gebruiken ze het concept niet van amu, maar van molecuulgewicht. De laatste is een simpele som van a.m.u. voor de atomen waaruit het molecuul bestaat. De molaire massa voor H₂O zou bijvoorbeeld 18 g/mol zijn en voor O₂ 32 g/mol. Als u een algemeen concept heeft, kunt u doorgaan met de berekeningen.

De molaire massa M is gemakkelijk te gebruiken om de massa van een molecuul m₁ te berekenen. Gebruik hiervoor een eenvoudige formule:

m₁=M/N_A.

In sommige takende massa van het systeem m en de hoeveelheid materie daarin n kan worden gegeven. In dit geval wordt de massa van één molecuul als volgt berekend:

m₁=m/(nN_A).

Ideaal gas

Dit concept wordt zo'n gas genoemd, waarvan de moleculen willekeurig met hoge snelheden in verschillende richtingen bewegen, geen interactie met elkaar hebben. De afstanden tussen hen zijn veel groter dan hun eigen afmetingen. Voor een dergelijk model is de volgende uitdrukking waar:

PV=nRT.

Het wordt de wet van Mendelejev-Clapeyron genoemd. Zoals je kunt zien, relateert de vergelijking de druk P, het volume V, de absolute temperatuur T en de hoeveelheid stof n. In de formule is R de gasconstante, numeriek gelijk aan 8,314. De geschreven wet wordt universeel genoemd omdat deze niet afhangt van de chemische samenstelling van het systeem.

Als drie thermodynamische parameters bekend zijn - T, P, V en de waarde m van het systeem, dan is de massa van een ideaal gasmolecuul m₁ niet moeilijk te bepalen door de volgende formule:

m₁=mRT/(N_APV).

Deze uitdrukking kan ook worden geschreven in termen van gasdichtheid ρ en Boltzmann-constante k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Voorbeeld probleem

Het is bekend dat de dichtheid van een gas 1,225 kg/m is³bij een atmosferische druk van 101325 Pa en een temperatuur van 15 ^oC. Wat is de massa van een molecuul? Over welk gas heb je het?

Omdat we druk, dichtheid en temperatuur krijgensysteem, dan kun je de in de vorige paragraaf verkregen formule gebruiken om de massa van één molecuul te bepalen. We hebben:

m₁=ρk_BT/P;

m₁ =1, 2251, 3810^-23288, 15/101325=4, 807 10^-26 kg.

Om de tweede vraag van het probleem te beantwoorden, zoeken we de molaire massa M van het gas:

M=m₁N_A;

M=4.80710^-266.0210²³=0.029 kg/mol.

De verkregen waarde van de molaire massa komt overeen met de gaslucht.