Co to jest masa molowa? Masa molowa w chemii i fizyce gazów

Każdy uczeń, który uważnie przestudiował tablicę Mendelejewa, musiał zauważyć, że oprócz liczby pierwiastka chemicznego zawiera ona również informację o masie jego atomu. W tym artykule przyjrzymy się co to jest masa molowa i gdzie jest używana.

Co to jest kret?

Przed udzieleniem odpowiedzi na pytanie "Co to jest masa molowa", Musimy dotrzeć do sedna ważnego pojęcia, jakim jest mol.

W XIX wieku Amedeo Avogadro, dokładnie badając prawo Gay-Lussaca dla gazów idealnych w procesie izochorycznym, doszedł do wniosku, że równe objętości różnych substancji w identycznych warunkach (temperatura i ciśnienie) zawierają równe liczby atomów lub cząsteczek. Idee Avogadro były sprzeczne z ówczesnymi teoriami dotyczącymi budowy chemicznej i zachowania substancji gazowych, dlatego zostały przyjęte dopiero pół wieku później.

Na początku XX wieku dzięki bardziej nowoczesnej technologii udało się określić liczbę cząsteczek wodoru w 2 gramach tego gazu. Ilość ta została nazwana "kret". Sam termin został stworzony przez Wilhelma Ostwalda i oznacza po łacinie "sterta", "klaster".

W 1971 roku mol stał się jedną z 7 podstawowych jednostek miary w układzie SI. Obecnie 1 mol to liczba atomów krzemu zawarta w idealnej kuli o masie 0,028085 kg. Sama liczba cząsteczek odpowiadająca 1 molowi nazywana jest liczbą Avogadro. Jest to około 6,02*10²³.

Co to jest masa molowa?

Teraz możemy wrócić do tematu artykułu. Mol i masa molowa to dwie powiązane ze sobą wielkości. to masa jednego mola dowolnej substancji. Oczywiście, rodzaj pierwiastka chemicznego lub skład cząsteczki w gazie bezpośrednio określa masę molową. Zgodnie z tą definicją można zapisać następujące wyrażenie:

M = m_a * N_A.

Gdzie m_a - jest masą jednego atomu, N_A - Liczba Avogadro`a. Czyli, aby otrzymać wartość M należy pomnożyć masę jednej cząsteczki (cząsteczki, atomu, gromady atomowej) przez liczbę Avogadro.

Jak zaznaczono we wstępie artykułu, każdy pierwiastek w układzie okresowym zawiera informację o jego masie atomowej. Jest to masa w gramach na mol. Oczywiście, aby otrzymać masę molową w kg/mol dzielimy wartość tabelaryczną przez 1000. Na przykład dla niobu o liczbie 41 widzimy liczbę 92,9, czyli 1 mol jego atomów ma masę 92,9 grama.

Gdzie w chemii stosuje się M?

Teraz, gdy już wiesz, czym jest masa molowa, zastanów się, gdzie jest ona używana w chemii.

Pojęcie ilości substancji i masy molowej odgrywa ważną rolę w reakcjach chemicznych, ponieważ przebiegają one tylko przy ściśle określonym stosunku reagentów. Dla poniższego przykładu podano reakcję spalania wodoru w celu utworzenia cząsteczki wody:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Można zauważyć, że 2 mole wodoru, który ma masę 4 gramów, reaguje bez pozostałości z 1 molem tlenu o masie 32 gramów. W wyniku tego powstają 2 mole wody, której wartość wynosi 36 gramów. Z tych danych wynika, że podczas przemian chemicznych masa jest zachowywana. W rzeczywistości masy reagentów i produktów przemiany są nieco inne. Ta niewielka różnica wynika z efektu cieplnego reakcji. Różnicę mas można obliczyć, jeśli skorzystamy ze wzoru Einsteina na zależność masa-energia.

W chemii pojęcie masy molowej jest również ściśle związane ze stężeniem. Zazwyczaj substancje stałe rozpuszczalne w cieczach charakteryzowane są przez liczbę moli w jednym litrze, czyli stężenie molowe.

Należy zdawać sobie sprawę, że dana wielkość jest stała tylko dla danego pierwiastka chemicznego lub danego związku, np. dla H₂ wynosi 2 g/mol, a dla O₃ - 48 g/mol. Jeśli jego wartość jest większa dla jednego związku niż dla drugiego, oznacza to, że cząstka elementarna pierwszej substancji ma większą masę niż cząstka drugiej.

Gazy i ich objętość molowa

Masa molowa jest również związana z fizyką gazów idealnych. W szczególności stosuje się go podczas wyznaczania objętości układu gazowego w określonych warunkach zewnętrznych, jeżeli znana jest ilość substancji.

Gazy idealne opisane są przez przez równanie Clapeyrona-Mendeleeva, , która ma postać:

P * V = n * R * T.

Tutaj n oznacza ilość substancji, która jest związana z jej masą molową w następujący sposób:

n = m / M.

Objętość gazu można wyznaczyć, jeśli znane jest jego m, temperatura T i ciśnienie P według następującego wzoru:

V = m * R * T / (M * P).

Objętość molowa to objętość, która w temperaturze 0 ^oC i ciśnieniu jednej atmosfery przyjmuje 1 mol dowolnego gazu. Z powyższego wzoru można obliczyć tę wartość, wynosi ona 22,4 litra.