Молярная масса - Molar mass

В химия, то молярная масса из химическое соединение определяется как масса образца этого соединения, разделенного на количество вещества в этом образце, измеренном в родинки.^[1] Молярная масса - это объемное, а не молекулярное свойство вещества. Молярная масса - это средний многих экземпляров соединения, которые часто различаются по массе из-за присутствия изотопы. Чаще всего молярная масса рассчитывается из стандартные атомные веса 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.

В молекулярный вес очень часто используется как синоним молярной массы, особенно для молекулярных соединений; однако наиболее авторитетные источники определяют его по-разному (см. молекулярная масса ).

В формула веса является синонимом молярной массы, который часто используется для немолекулярных соединений, таких как ионные соли.

Молярная масса - это интенсивное свойство вещества, которое не зависит от размера пробы. в Международная система единиц (SI), базовый блок молярной массы кг /моль. Однако по историческим причинам молярные массы почти всегда выражаются в грамм / моль.

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

Для химических элементов без изолированных молекул, таких как углерод и металлов, вместо этого молярная масса вычисляется делением на количество молей атомов. Так, например, молярная масса утюг составляет около 55,845 г / моль.

В период с 1971 по 2019 год SI определял «количество вещества» как отдельный размер измерения, а моль был определен как количество вещества, которое содержит столько же составляющих частиц, сколько атомов в 12 граммах углерод-12. Таким образом, в тот период молярная масса углерода-12 была точно 12 г / моль, по определению. С 2019 года моль любого вещества был переопределен в СИ как количество этого вещества, содержащего точно определенное количество частиц, N = 6.02214076×10²³. Следовательно, молярная масса соединения теперь является просто массой этого числа молекул соединения.

Молярные массы элементов

Перед чтением этого раздела необходимо понять, что 2019 новое определение базовых единиц СИ пришел к выводу, что постоянная молярной массы не совсем 1×10⁻³ кг / моль, но M_ты = 0.99999999965(30)×10⁻³ кг⋅моль⁻¹.^[2]

Молярная масса атомы из элемент дается относительной атомной массой элемента, умноженной на постоянная молярной массы, M_ты ≈ 1.000000×10⁻³ 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 условный атомный вес.

M(H) = 1.00797(7) × 1.000000 г / моль = 1.00797(7) г / моль

M(S) = 32.065(5) × 1.000000 г / моль = 32,065 (5) г / моль

M(Cl) = 35.453(2) × 1.000000 г / моль = 35,453 (2) г / моль

M(Fe) = 55.845(2) × 1.000000 г / моль = 55,845 (2) г / моль.

Умножение на константу молярной массы гарантирует, что расчет размерно правильно: 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 как молекулы, например водород (ЧАС
₂), сера (S
₈), хлор (Cl
₂). Молярная масса молекул этих элементов - это молярная масса атомов, умноженная на количество атомов в каждой молекуле:

M(ЧАС
₂) = 2 × 1.007 97(7) × 1.000000 г / моль = 2.01588(14) г / моль

M(S
₈) = 8 × 32.065(5) × 1.000000 г / моль = 256,52 (4) г / моль

M(Cl
₂) = 2 × 35.453(2) × 1.000000 г / моль = 70,906 (4) г / моль.

Молярные массы соединений

Молярная масса сложный дается суммой относительная атомная масса А
_р из атомы которые образуют соединение, умноженное на постоянная молярной массы M
_ты:

${ displaystyle M = M _ { rm {u}} M _ { rm {r}} = M _ { rm {u}} sum _ {i} {A _ { rm {r}}} _ {i} .}$

Здесь, M
_р относительная молярная масса, также называемая формулой веса. Для нормальных образцов с земли с типичным изотопным составом стандартный атомный вес или обычный атомный вес можно использовать как приближение относительной атомной массы образца. Примеры:

M(NaCl) = [22.98976928(2) + 35.453(2)] × 1.000000 г / моль = 58,443 (2) г / моль

M(C
₁₂ЧАС
₂₂О
₁₁) = ([12 × 12.0107(8)] + [22 × 1.00794(7)] + [11 × 15.9994(3)]) × 1.000000 г / моль = 342,297 (14) г / моль.

Средняя молярная масса может быть определена для смесей соединений.^[1] Это особенно важно в полимерная наука, где разные молекулы полимера могут содержать разное количество мономер ед. (неоднородные полимеры).^[5][6]

Средняя молярная масса смесей

Средняя молярная масса смесей ${ displaystyle { bar {M}}}$ можно рассчитать из мольные доли ${ displaystyle x_ {i}}$ компонентов и их молярные массы ${ displaystyle M_ {i}}$:

${ displaystyle { bar {M}} = sum _ {i} x_ {i} M_ {i}.}$

Его также можно рассчитать из массовые доли ${ displaystyle w_ {i}}$ из компонентов:

${ displaystyle { frac {1} { bar {M}}} = sum _ {i} { frac {w_ {i}} {M_ {i}}}.}$

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

Связанные количества

Молярная масса тесно связана с относительная молярная масса (M
_р) соединения на более старый термин формула веса (F.W.), и стандартные атомные массы составляющих его элементов. Однако его следует отличать от молекулярная масса (что сбивает с толку также иногда называется молекулярной массой), которая представляет собой массу один молекула (любой Один изотопный состав) и не имеет прямого отношения к атомная масса, масса один атом (любого Один изотоп). В Далтон, символ Da, также иногда используется в качестве единицы молярной массы, особенно в биохимия, с определением 1 Да = 1 г / моль, несмотря на то, что это строго единица массы (1 Да = 1 ты = 1.66053906660(50)×10⁻²⁷ кг, по рекомендованным значениям CODATA 2018).

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

Молекулярный вес (M.W.) - более старый термин для обозначения того, что сейчас правильнее называть относительная молярная масса (M
_р).^[8] Это безразмерный количество (т.е. чистое число без единиц), равное молярной массе, деленной на постоянная молярной массы.^[9]

Молекулярная масса

Молекулярная масса (м) - масса данной молекулы: обычно она измеряется в дальтон (Да или и).^[10] Различные молекулы одного и того же соединения могут иметь разные молекулярные массы, потому что они содержат разные изотопы элемента. Это отчетливо, но связано с молярная масса, который 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 из атомные массы каждого нуклид, а молярные массы рассчитываются из стандартные атомные веса^[11] каждого элемент. Стандартный атомный вес учитывает изотопное распределение элемента в данном образце (обычно считается «нормальным»). Например, воды имеет молярную массу 18,0153 (3) г / моль, но отдельные молекулы воды имеют молекулярные массы в диапазоне от 18.0105646863(15) ты (¹ЧАС
₂¹⁶O) и 22.0277364(9) ты (²ЧАС
₂¹⁸О).

Различие между молярной массой и молекулярной массой важно, потому что относительные молекулярные массы могут быть измерены непосредственно с помощью масс-спектрометрии, часто с точностью до нескольких частей на миллион. Это достаточно точно, чтобы напрямую определить химическая формула молекулы.^[12]

Использование синтеза ДНК

Период, термин формула веса (F.W.) имеет особое значение при использовании в контексте синтеза ДНК: тогда как индивидуум фосфорамидит азотистое основание, добавляемое к полимеру ДНК, имеет защитные группы и молекулярный вес с учетом этих групп, величина молекулярной массы, которая в конечном итоге добавляется этим азотистым основанием к полимеру ДНК, называется величиной азотистого основания. формула веса (т. е. молекулярная масса этого азотистого основания в полимере ДНК без защитных групп).

Точность и неопределенность

Точность определения молярной массы зависит от точности атомные массы из которого он был рассчитан, и значение постоянная молярной массы. Большинство атомных масс известны с точностью до одной десятитысячной, часто намного лучше.^[4] (атомная масса литий заметный и серьезный,^[13] исключение). Этого достаточно почти для всех обычных применений в химии: он более точен, чем большинство других. химические анализы, и превышает чистоту большинства лабораторных реактивов.

Точность атомных масс и, следовательно, молярных масс ограничена знанием изотопное распределение 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 дистиллированный будет обогащенный в зажигалке изотопы всех присутствующих элементов. Это усложняет расчет стандартная неопределенность в молярной массе.

Полезным условием для нормальной лабораторной работы является приведение молярных масс к двум. десятичные знаки для всех расчетов. Это более точно, чем обычно требуется, но позволяет избежать ошибки округления при расчетах. 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

Молярные массы почти никогда не измеряются напрямую. Они могут быть рассчитаны по стандартным атомным массам и часто перечислены в химических каталогах и на паспорта безопасности (SDS). Молярные массы обычно варьируются от:

1–238 г / моль для атомов природных элементов;

10–1000 г / моль за простые химические соединения;

1000–5000000 г / моль за полимеры, белки, ДНК фрагменты 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-спектрометрический измерения атомного веса и молекулярной массы, и они представляют в основном исторический интерес. Все процедуры полагаются на коллигативные свойства, и любые диссоциация состава необходимо учитывать.

Плотность пара

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

${ Displaystyle pV = nRT }$

куда п это количество вещества. Плотность пара (ρ) определяется выражением

${ displaystyle rho = {{nM} over {V}}. }$

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

${ Displaystyle M = {{RT rho} над {p}} }$

Депрессия точки замерзания

В Точка замерзания из решение ниже, чем у чистого растворитель, и депрессия точки замерзания (ΔТ) прямо пропорциональна объемная концентрация для разбавленных растворов. Когда композиция выражена как моляльность, константа пропорциональности известна как криоскопическая постоянная (K
_ж) и характерен для каждого растворителя. Если ш представляет массовая доля из растворенное вещество в растворе и при условии отсутствия диссоциации растворенного вещества молярная масса определяется как

${ displaystyle M = {{wK_ {f}} over { Delta T}}. }$

Повышение температуры кипения

В точка кипения из решение непостоянного растворенное вещество выше, чем у чистого растворитель, и повышение точки кипения (ΔТ) прямо пропорциональна объемная концентрация для разбавленных растворов. Когда композиция выражена как моляльность, константа пропорциональности известна как эбуллиоскопическая постоянная (K
_б) и характерен для каждого растворителя. Если ш представляет массовая доля растворенного вещества в растворе и в предположении отсутствия диссоциации растворенного вещества молярная масса определяется как

${ displaystyle M = {{wK_ {b}} over { Delta T}}. }$

Рекомендации

внешняя ссылка

• Калькулятор молярной массы HTML5 веб и мобильное приложение.
• Онлайн-калькулятор молярной массы с неопределенностью M и все показанные расчеты
• 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.