Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с молекулярной массой или массовым числом .
Молярная масса
Общие символы
M
Единица СИкг / моль
Прочие единицы
г / моль

В химии , то молярная масса из химического соединения определяется как масса образца этого соединения , деленное на количество вещества в этом образце, измеренное в молях . [1] Молярная масса - это объемное, а не молекулярное свойство вещества. Молярная масса - это среднее значение многих экземпляров соединения, которые часто различаются по массе из-за присутствия изотопов . Чаще всего молярная масса вычисляется из стандартных атомных весов.и, таким образом, является земным средним значением и функцией относительного содержания изотопов составляющих атомов на Земле. Молярная масса подходит для преобразования между массой вещества и количеством вещества для объемных количеств.

Молекулярная масса очень часто используется как синоним молярной массы, в частности , для молекулярных соединений; однако наиболее авторитетные источники определяют его иначе (см. молекулярную массу ).

Формула вес является синонимом молярной массы , который часто используется для не-молекулярных соединений, таких как ионные соли .

Молярная масса - это интенсивное свойство вещества, не зависящее от размера образца. В Международной системе единиц (СИ) основной единицей молярной массы является кг / моль . Однако по историческим причинам молярные массы почти всегда выражаются в г / моль.

Моль был определен таким образом, что молярная масса соединения в г / моль численно равна (для всех практических целей) средней массе одной молекулы в дальтонах . Так, например, средняя масса молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а молярная масса воды составляет около 18,0153  г / моль.

Для химических элементов без изолированных молекул, таких как углерод и металлы, молярная масса вычисляется путем деления на количество молей атомов. Так, например, молярная масса железа составляет около 55,845  г / моль.

В период с 1971 по 2019 год SI определял «количество вещества» как отдельное измерение , а моль определялся как количество вещества, которое имеет столько же составляющих частиц, сколько атомов в 12 граммах углерода-12 . Таким образом, в тот период молярная масса углерода-12 по определению составляла ровно 12  г / моль. С 2019 года моль любого вещества был переопределен в СИ как количество этого вещества, содержащего точно определенное количество частиц, N =6.022 140 76 × 10 23 . Следовательно, молярная масса соединения теперь просто масса этого числа молекул соединения.

Молярные массы элементов [ править ]

Основные статьи: относительная атомная масса и стандартный атомный вес

Прежде чем читать этот раздел, необходимо понять, что переопределение основных единиц СИ в 2019 году привело к выводу, что постоянная молярной массы не совсем точная.1 × 10 −3  кг / моль , но M u  = 0,999 999 999 65 (30) × 10 −3  кгмоль −1 . [2]

Молярная масса атомов в качестве элемента задается относительной атомной массы элемента , умноженной на молярной постоянной массы , М U  ≈1.000 000 × 10 −3  кг / моль  = 1.000000  г / моль. [3] Для нормальных образцов с Земли с типичным изотопным составом атомный вес может быть приблизительно равен стандартному атомному весу [4] или условному атомному весу.

M (H) =1,007 97 (7)  ×1.000 000  г / моль  =1,007 97 (7) г / моль
M (S) =32,065 (5)  ×1.000 000  г / моль  =32,065 (5) г / моль
M (Cl) =35,453 (2)  ×1.000 000  г / моль  =35,453 (2) г / моль
M (Fe) =55,845 (2)  ×1.000 000  г / моль  =55,845 (2) г / моль .

Умножение на константу молярной массы гарантирует, что расчет является размерно правильным: стандартные относительные атомные массы являются безразмерными величинами (то есть чистыми числами), тогда как молярные массы выражаются в единицах (в данном случае граммах / моль).

Некоторые элементы обычно встречаются в виде молекул , например водород (H
2), сера (S
8), хлор (Cl
2). Молярная масса молекул этих элементов - это молярная масса атомов, умноженная на количество атомов в каждой молекуле:

M (H
2) = 2 × 1,007 97 (7) × 1.000 000  г / моль  =2,015 88 (14) г / моль
M (S
8) = 8 × 32,065 (5) × 1.000 000  г / моль  =256,52 (4) г / моль
M (Cl
2) = 2 × 35,453 (2) × 1.000 000  г / моль  =70,906 (4) г / моль .

Молярные массы соединений [ править ]

Молярная масса соединения определяется как сумма относительной атомной массы A
риз атомов , которые образуют соединение , умноженное на молярную массе постоянная М
ты:

Здесь M
ротносительная молярная масса, также называемая формулой веса. Для нормальных образцов с Земли с типичным изотопным составом стандартный атомный вес или условный атомный вес может использоваться в качестве приближения к относительной атомной массе образца. Примеры:

M (NaCl) = [22,989 769 28 (2) +35,453 (2) ] ×1.000 000  г / моль  =58,443 (2) г / моль
М (С
12ЧАС
22О
11) = ([12 × 12.0107 (8) ] + [22 ×1,007 94 (7) ] + [11 ×15,9994 (3) ]) ×1.000 000  г / моль  =342,297 (14) г / моль .

Средняя молярная масса может быть определена для смесей соединений. [1] Это особенно важно в науке о полимерах , где разные полимерные молекулы могут содержать разное количество мономерных звеньев (неоднородные полимеры). [5] [6]

Средняя молярная масса смесей [ править ]

Среднюю молярную массу смесей можно рассчитать из мольных долей компонентов и их молярных масс :

Также его можно рассчитать из массовых долей компонентов:

Например, средняя молярная масса сухого воздуха составляет 28,97  г / моль. [7]

Связанные количества [ править ]

Молярная масса тесно связана с относительной молярной массой ( M
р) соединения, к старому термину формула веса (FW) и стандартным атомным массам составляющих его элементов. Тем не менее, следует отличать от молекулярной массы (которая смешения также иногда называют молекулярной массой), который является масса одной молекулы (любого одного изотопного состава) и непосредственно не связанных с атомной массой , масса одного атом (любого одного изотопа). Дальтон , символ Да, также иногда используются в качестве единицы молярной массы, особенно в области биохимии , с определением 1  Da = 1  г / моль, несмотря на то, что это строго единица массы (1  Da  = 1  u  =1,660 539 066 60 (50) × 10 −27  кг , согласно рекомендованным значениям CODATA на 2018 г.).

Атомная масса в граммах - это еще один термин, обозначающий массу в граммах одного моля атомов этого элемента. «Грамм-атом» - это прежнее название моль.

Молекулярная масса (MW) - это старый термин для обозначения того, что сейчас более правильно называется относительной молярной массой ( M
р). [8] Это безразмерная величина (то есть чистое число без единиц измерения), равная молярной массе, деленной на постоянную молярной массы . [9]

Молекулярная масса [ править ]

Основная статья: Молекулярная масса

Молекулярная масса ( m ) - это масса данной молекулы: обычно она измеряется в дальтонах (Da или u). [10] Различные молекулы одного и того же соединения могут иметь разные молекулярные массы, потому что они содержат разные изотопы элемента. Это различно, но связано с молярной массой , которая является мерой средней молекулярной массы всех молекул в образце и обычно является более подходящей мерой при работе с макроскопическими (взвешиваемыми) количествами вещества.

Молекулярные массы рассчитываются на основе атомных масс каждого нуклида , а молярные массы рассчитываются на основе стандартных атомных масс [11] каждого элемента . Стандартный атомный вес учитывает изотопное распределение элемента в данном образце (обычно считается «нормальным»). Например, вода имеет молярную массу18,0153 (3) г / моль , но отдельные молекулы воды имеют молекулярные массы в диапазоне18.010 564 6863 (15) u ( 1 H
216 O) и22.027 7364 (9) u ( 2 H
218 O).

Различие между молярной массой и молекулярной массой важно, потому что относительные молекулярные массы могут быть измерены непосредственно масс-спектрометрией , часто с точностью до нескольких частей на миллион . Этого достаточно, чтобы напрямую определить химическую формулу молекулы. [12]

Использование синтеза ДНК [ править ]

Термин « формульная масса» (FW) имеет особое значение при использовании в контексте синтеза ДНК: в то время как отдельное фосфорамидитное азотистое основание, добавляемое к ДНК-полимеру, имеет защитные группы и указана его молекулярная масса, включая эти группы, количество молекулярной массы который в конечном итоге добавляется этим азотистым основанием к полимеру ДНК, называется массой формулы азотистого основания (т. е. молекулярной массой этого азотистого основания в полимере ДНК, минус защитные группы).

Точность и неопределенности [ править ]

Точность, с которой известна молярная масса, зависит от точности атомных масс, из которых она была рассчитана, и значения постоянной молярной массы . Большинство атомных масс известны с точностью до одной десятитысячной, часто гораздо лучше [4] (атомная масса лития является заметным и серьезным [13] исключением). Этого достаточно для почти всех обычных применений в химии: он более точен, чем большинство химических анализов , и превышает чистоту большинства лабораторных реактивов.

Точность атомных масс и, следовательно, молярных масс ограничена знанием изотопного распределения элемента. Если требуется более точное значение молярной массы, необходимо определить изотопное распределение исследуемой пробы, которое может отличаться от стандартного распределения, используемого для расчета стандартной атомной массы. Изотопные распределения различных элементов в образце не обязательно независимы друг от друга: например, образец, который был дистиллирован, будет обогащен более легкими изотопами всех присутствующих элементов. Это усложняет расчет стандартной неопределенности молярной массы.

Полезным условием для нормальной лабораторной работы является указание молярных масс с точностью до двух десятичных знаков для всех расчетов. Это более точно, чем обычно требуется, но позволяет избежать ошибок округления во время вычислений. Когда молярная масса превышает 1000 г / моль, редко бывает целесообразно использовать более одного десятичного знака. Эти условные обозначения соблюдаются при составлении большинства табличных значений молярных масс. [14] [15]

Измерение [ править ]

Молярные массы почти никогда не измеряются напрямую. Они могут быть рассчитаны на основе стандартных атомных масс и часто перечислены в химических каталогах и в паспортах безопасности (SDS). Молярные массы обычно варьируются от:

1–238  г / моль для атомов природных элементов;
10–1000 г / моль для простых химических соединений ;
1000–5 000 000  г / моль для полимеров , белков , фрагментов ДНК и др.

Хотя на практике молярные массы почти всегда рассчитываются на основе атомных весов, в некоторых случаях их также можно измерить. Такие измерения намного менее точны, чем современные масс-спектрометрические измерения атомных масс и молекулярных масс, и представляют в основном исторический интерес. Все процедуры основаны на коллигативных свойствах , и необходимо учитывать любую диссоциацию соединения.

Плотность пара [ править ]

Основная статья: Плотность пара

Измерение молярной массы по плотности пара основывается на принципе, впервые сформулированном Амедео Авогадро , что равные объемы газов в одинаковых условиях содержат равное количество частиц. Этот принцип включен в уравнение идеального газа :

где n - количество вещества . Плотность пара (ρ) определяется выражением

Объединение этих двух уравнений дает выражение для молярной массы через плотность пара для условий известного давления и температуры .

Депрессия точки замерзания [ править ]

Основная статья: Депрессия точки замерзания

Точка замерзания из раствора ниже , чем у чистого растворителя , и замораживание-точка депрессии (Δ Т ) прямо пропорциональна концентрации количества для разбавленных растворов. Когда состав выражается в виде моляльности , константа пропорциональности известна как криоскопическая константа ( K
ж) и характерен для каждого растворителя. Если ш представляет собой массовую долю от растворенного вещества в растворе, а также при условии отсутствия диссоциации растворенного вещества, молярная масса задаются

Высота точки кипения [ править ]

Основная статья: Повышение температуры кипения

Точка кипения из раствора в качестве нелетучего растворенного вещества выше , чем у чистого растворителя , и эбулиоскопия (Δ Т ) прямо пропорциональна концентрации количества для разбавленных растворов. Когда состав выражается как моляльность , константа пропорциональности известна как эбуллиоскопическая константа ( K
б) и характерен для каждого растворителя. Если w представляет собой массовую долю растворенного вещества в растворе и при условии отсутствия диссоциации растворенного вещества, молярная масса определяется как

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Международный союз чистой и прикладной химии (1993). Величины, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Oxford: Blackwell Science. ISBN  0-632-03583-8 . п. 41. Электронная версия.
  2. ^ «2018 CODATA Значение: постоянная молярной массы» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . 20 мая 2019 . Проверено 20 мая 2019 .
  3. ^ Мор, Питер Дж .; Тейлор, Барри Н .; Ньюэлл, Дэвид Б. (2011). «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2010» .База данных разработана Дж. Бейкером, М. Дума и С. Коточиговой. Национальный институт стандартов и технологий , Гейтерсбург, Мэриленд 20899.
  4. ^ Б Визер, ME (2006), "Атомные веса элементов 2005" (PDF) , теоретическая и прикладная химия , 78 (11): 2051-66, DOI : 10,1351 / pac200678112051
  5. ^ "Международный союз чистой и прикладной химии, комиссия по номенклатуре макромолекул, примечание по терминологии для молярных масс в полимерной науке". Журнал науки о полимерах: издание полимерных писем . 22 (1): 57. 1984. Bibcode : 1984JPoSL..22 ... 57. . DOI : 10.1002 / pol.1984.130220116 .
  6. ^ Metanomski, WV (1991). Сборник номенклатуры макромолекул . Оксфорд: Blackwell Science . С. 47–73. ISBN 0-632-02847-5.
  7. ^ The Engineering ToolBox Молекулярная масса воздуха
  8. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « относительная молярная масса ». DOI : 10,1351 / goldbook.R05270
  9. ^ Техническое определение состоит в том, что относительная молярная масса - это молярная масса, измеренная по шкале, где молярная масса несвязанныхатомов углерода 12 в состоянии покоя и в их основном электронном состоянии равна 12. Приведенное здесь более простое определение эквивалентно полному определение из-за способа определения самой константы молярной массы .
  10. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 126, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  11. ^ «Атомные веса и изотопные составы для всех элементов» . NIST . Проверено 14 октября 2007 .
  12. ^ "Правила для авторов - макет статьи" . Издательство РСК . Проверено 14 октября 2007 .
  13. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 21. ISBN 978-0-08-037941-8.
  14. ^ См., Например, Weast, RC, ed. (1972). Справочник по химии и физике (53-е изд.). Кливленд, Огайо: Chemical Rubber Co.
  15. ^ Поссоло, Антонио; ван дер Вин, Adriaan MH; Мейя, Юрис; Хибберт, Д. Бринн (4 января 2018 г.). «Интерпретация и распространение неопределенности стандартных атомных весов (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 90 (2): 395–424. DOI : 10,1515 / пак-2016-0402 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-приложение и мобильное приложение калькулятора молярной массы HTML5 .
  • Онлайн-калькулятор молярной массы с погрешностью M и всеми приведенными расчетами
  • Калькулятор молярной массы Онлайн- калькулятор молярной массы и элементного состава
  • Надстройка стехиометрии для Microsoft Excel для расчета молекулярных масс, коэффициентов реакции и стехиометрии. Он включает как средние атомные веса, так и изотопные веса.
  • Молярная масса: второй уровень химии .