Молекулярная масса ( м ) масса данной молекулы: она измеряется в дальтон (Da или U). [1] [2] Различные молекулы одного и того же соединения могут иметь разные молекулярные массы, потому что они содержат разные изотопы элемента. Связанная величина относительной молекулярной массы, как определено ИЮПАК , представляет собой отношение массы молекулы к единой атомной единице массы (также известной как дальтон) и не имеет единицы измерения. Молекулярная масса и относительная молекулярная масса отличаются от молярной массы, но связаны с ней . Молярная масса определяется как масса данного вещества, деленная на количество вещества.и выражается в г / моль. Молярная масса обычно является более подходящей цифрой при работе с макроскопическими (взвешиваемыми) количествами вещества.
Определение молекулярной массы авторитетно является синонимом молекулярной массы; однако в обычной практике он также сильно варьируется, как и единицы, используемые вместе с ним. Многие распространенные подготовительные источники используют г / моль и эффективно определяют его как синоним молярной массы, в то время как более авторитетные источники используют Da или u и более точно согласовывают его определение с молекулярной массой. Даже когда молекулярный вес используется с единицами Da или u, он часто является средневзвешенным значением, аналогичным молярной массе, но с другими единицами измерения. В молекулярной биологии вес макромолекул называется их молекулярной массой и выражается в кДа, хотя численное значение часто является приблизительным и представляет среднее значение.
Термины « молекулярная масса» , « молекулярная масса» и « молярная масса» часто используются взаимозаменяемо в областях науки, где различие между ними не помогает. В других областях науки это различие имеет решающее значение. Молекулярная масса чаще используется, когда относится к массе отдельной или конкретной четко определенной молекулы, и реже, чем молекулярная масса, когда относится к средневзвешенному значению образца. До переопределения базовых единиц СИ в 2019 г.количества, выраженные в дальтонах (Da или u), по определению численно эквивалентны идентичным количествам, выраженным в единицах г / моль, и, таким образом, являются строго численно взаимозаменяемыми. После переопределения единиц измерения 20 мая 2019 года это соотношение практически равнозначно.
Молекулярная масса молекул малого и среднего размера, измеренная с помощью масс-спектрометрии, может использоваться для определения состава элементов в молекуле. Молекулярные массы макромолекул, таких как белки, также можно определить с помощью масс-спектрометрии; однако методы, основанные на вязкости и светорассеянии, также используются для определения молекулярной массы, когда кристаллографические или масс-спектрометрические данные недоступны.
Расчет [ править ]
Молекулярные массы рассчитываются на основе атомных масс каждого нуклида, присутствующего в молекуле, в то время как молярные массы рассчитываются на основе стандартных атомных масс [3] каждого элемента . Стандартный атомный вес учитывает изотопное распределение элемента в данном образце (обычно считается «нормальным»). Например, вода имеет молярную массу 18,0153 (3) г / моль, но отдельные молекулы воды имеют молекулярные массы в диапазоне 18,010 564 6863 (15) Да ( 1 H
216 O) и 22,027 7364 (9) Да ( 2 H
218 O).
Атомные и молекулярные массы обычно выражаются в дальтонах, которые определяются относительно массы изотопа 12 C (углерода 12), которая по определению [4] равна 12 Да. Например, молярная масса и молекулярная масса метана , молекулярная формула которого CH 4 , рассчитываются соответственно следующим образом:
| Молярная масса или молекулярная масса CH 4 | |||
|---|---|---|---|
| Стандартный атомный вес | Число | Общая молярная масса (г / моль) или молекулярная масса (Да или г / моль) | |
| C | 12,011 | 1 | 12,011 |
| ЧАС | 1,008 | 4 | 4,032 |
| CH 4 | 16,043 | ||
| Молекулярная масса 12 C 1 H 4 | |||
| Масса нуклида | Число | Общая молекулярная масса (Da или u) | |
| 12 С | 12.00 | 1 | 12.00 |
| 1 ч | 1,007825 | 4 | 4,0313 |
| CH 4 | 16.0313 | ||
Более формально определенный термин - «относительная молекулярная масса». Определенные значения относительной атомной и молекулярной массы безразмерны . Однако прилагательное «относительный» опускается на практике, поскольку общепринято считать, что атомные и молекулярные массы относятся к массе, равной 12 C. Кроме того, в обычной практике используется «единица» Дальтона . Масса 1 моля вещества обозначается как молярная масса . По определению, молярная масса выражается в граммах на моль .
В приведенном выше примере стандартный атомный вес углерода составляет 12,011 г / моль, а не 12,00 г / моль. Это связано с тем, что природный углерод представляет собой смесь изотопов 12 C, 13 C и 14 C, которые имеют массы 12 Да, 13,003355 Да и 14,003242 Да соответственно. Более того, доля изотопов варьируется от образца к образцу, поэтому 12,011 г / моль - это среднее значение для разных мест на Земле. Напротив, существует меньше вариаций в природном водороде, поэтому стандартный атомный вес имеет меньшие вариации. Точность определения молярной массы ограничена.по стандартному атомному весу с наибольшей дисперсией, в данном примере - углерода. Эта неопределенность не то же самое, что неопределенность в молекулярной массе, которая отражает дисперсию (ошибку) в измерениях, а не естественную дисперсию содержания изотопов во всем мире. В масс-спектрометрии высокого разрешения массовые изотопомеры 12 C 1 H 4 и 13 C 1 H 4 наблюдаются как отдельные молекулы с молекулярными массами приблизительно 16,031 Да и 17,035 Да, соответственно. Интенсивность пиков масс-спектрометрии пропорциональна изотопному содержанию в молекулярных частицах. 12 C 2 H 1 H3 также можно наблюдать с молекулярной массой 17 Да.
Определение [ править ]
Масс-спектрометрия [ править ]
В масс-спектрометрии молекулярная масса небольшой молекулы обычно указывается как моноизотопная масса , то есть масса молекулы, содержащей только наиболее распространенный изотоп каждого элемента. Обратите внимание, что это также незначительно отличается от молекулярной массы в том, что выбор изотопов определен и, таким образом, представляет собой единую удельную молекулярную массу из множества возможных. Массы, используемые для вычисления моноизотопной молекулярной массы, находятся в таблице изотопных масс и не встречаются в типичной периодической таблице. Средняя молекулярная масса часто используется для более крупных молекул, поскольку молекулы с большим количеством атомов вряд ли будут состоять исключительно из наиболее распространенного изотопа каждого элемента. Теоретическую среднюю молекулярную массу можно рассчитать, используя стандартные атомные веса.можно найти в типичной периодической таблице, поскольку, вероятно, существует статистическое распределение атомов, представляющих изотопы по всей молекуле. Однако средняя молекулярная масса образца обычно существенно отличается от этого, поскольку среднее значение для одного образца не совпадает со средним значением для многих географически распределенных образцов.
Гидродинамические методы [ править ]
В первом приближении, основа для определения молекулярной массы в соответствии с Марком-Хувинка отношений [5] является тем фактом , что характеристическая вязкость от растворов (или суспензий ) макромолекула зависит от объемной доли дисперсных частиц в конкретном растворителе. В частности, гидродинамический размер по отношению к молекулярной массе зависит от коэффициента преобразования, описывающего форму конкретной молекулы. Это позволяет описывать кажущуюся молекулярную массу с помощью ряда методов, чувствительных к гидродинамическим эффектам, включая DLS , SEC (также известный как GPC, когда элюент представляет собой органический растворитель), вискозиметрию., диффузионно-упорядоченная спектроскопия ядерного магнитного резонанса (DOSY). [6] Кажущийся гидродинамический размер затем может быть использован для приблизительного определения молекулярной массы с использованием ряда стандартов, специфичных для макромолекул. [7] Поскольку для этого требуется калибровка, его часто называют методом определения «относительной» молекулярной массы.
Статическое рассеяние света [ править ]
Также возможно определить абсолютную молекулярную массу непосредственно по светорассеянию, традиционно используя метод Зимма . Это может быть достигнуто либо с помощью классического статического рассеяния света, либо с помощью детекторов многоуглового рассеяния света . Молекулярные массы, определенные этим методом, не требуют калибровки, отсюда и термин «абсолютные». Единственное необходимое внешнее измерение - это приращение показателя преломления , которое описывает изменение показателя преломления с концентрацией.
См. Также [ править ]
- Стандартный атомный вес
- Массовое число
- Абсолютная молярная масса
- Метод Дюма определения молекулярной массы
- Распределение молярной массы
- Дальтон (единица)
Ссылки [ править ]
- ^ 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
- ^ 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.
- ^ «Атомные веса и изотопные составы для всех элементов» . NIST . Проверено 14 октября 2007 .
- ^ Международный союз чистой и прикладной химии (1980). "Атомный вес элементов 1979" (PDF) . Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. DOI : 10,1351 / pac198052102349 .
- ^ Пол, Hiemenz С. и П. Lodge Тимоти. Полимерная химия. Второе изд. Бока-Ратон: CRC P, 2007. 336, 338–339.
- Перейти ↑ Johnson Jr., CS (1999). «Диффузионно-упорядоченная спектроскопия ядерного магнитного резонанса: принципы и приложения». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 34 : 203–256. DOI : 10.1016 / S0079-6565 (99) 00003-5 .
- ^ Neufeld, R .; Сталке, Д. (2015). «Точное определение молекулярной массы малых молекул с помощью DOSY-ЯМР с использованием внешних калибровочных кривых с нормализованными коэффициентами диффузии» (PDF) . Chem. Sci. 6 : 3354–3364. DOI : 10.1039 / C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID 29142693 .
Внешние ссылки [ править ]
- Бесплатное приложение для Android для расчета молекулярного и обратного веса любых химических формул.
- Надстройка стехиометрии для Microsoft Excel для расчета молекулярных масс, коэффициентов реакции и стехиометрии.
