Молекулярная масса - Molecular mass

Не путать с Молярная масса или же Массовое число.

В молекулярная масса (м) - масса данной молекулы: она измеряется в дальтон (Да или и).[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, - отношение массы молекулы к единая атомная единица массы (также известный как дальтон) и безразмерный. Молекулярная масса и относительная молекулярная масса отличаются от молярная масса. 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 молекулярный вес является наиболее авторитетным синонимом молекулярной массы; однако в обычной практике он также сильно варьируется, как и единицы, используемые вместе с ним. Многие распространенные предварительные 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 молекулярная масса используется с единицами Da или u, она часто является средневзвешенной величиной, аналогичной 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.

Условия молекулярная масса, молекулярный вес, и молярная масса часто используются как взаимозаменяемые в тех областях науки, где различие между ними бесполезно. 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 Новое определение базовых единиц СИ в 2019 году 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 эта взаимосвязь практически эквивалентна.

Молекулярная масса молекул малого и среднего размера, измеренная с помощью масс-спектрометрии, может использоваться для определения сочинение элементов в молекуле. Молекулярные массы макромолекул, таких как белки, также можно определять масс-спектрометрией; однако методы, основанные на вязкость и светорассеяние также используются для определения молекулярной массы, когда кристаллографический или масс-спектрометрические данные отсутствуют.

Расчет

Молекулярные массы рассчитываются из атомные массы каждого нуклид присутствуют в молекуле, а молярные массы рассчитываются из стандартные атомные веса[3] 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, которые находятся в диапазоне 18,010 564 6863 (15) Да (1ЧАС
216О) и 22,027 7364 (9) Да (2ЧАС
218О).

Атомный и молекулярные массы обычно сообщаются в дальтон которая определяется относительно массы изотоп 12C (углерод 12), который по определению[4] равно 12 Да. Например, молярная масса и молекулярная масса метан, молекулярная формула которого CH4, рассчитываются соответственно следующим образом:

Молярная масса или молекулярная масса CH4
Стандартный атомный весЧислоОбщая молярная масса (г / моль)
или молекулярный вес (Да или г / моль)
C12.011112.011
ЧАС1.00844.032
CH416.043
Молекулярная масса 12C1ЧАС4
Масса нуклидаЧислоОбщая молекулярная масса (Da или u)
12C12.00112.00
1ЧАС1.00782544.0313
CH416.0313

Более формально определенный термин - «относительная молекулярная масса». Определенные относительные значения атомной и молекулярной массы: безразмерный. Однако на практике прилагательное «относительный» опускается, поскольку общепринято считать, что атомные и молекулярные массы относятся к массе 12C. Дополнительно, «единица» Далтон используется в обычной практике. Масса 1 моль вещества обозначается как молярная масса. По определению молярная масса имеет единицы измерения: граммы на крот.

В приведенном выше примере стандартный атомный вес углерода составляет 12,011 г / моль, а не 12,00 г / моль. Это связано с тем, что встречающийся в природе углерод представляет собой смесь изотопы 12C, 13C и 14C с массами 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, количество встречающегося в природе водорода менее вариабельно, поэтому стандартный атомный вес имеет меньшие вариации. Точность определения молярной массы равна ограничено 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 высоком разрешении масс-спектрометрии массовые изотопомеры 12C1ЧАС4 и 13C1ЧАС4 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. 12C 2ЧАС 1ЧАС3 также может наблюдаться с молекулярной массой 17 Да.

Определение

Масс-спектрометрии

Основная статья: Масс-спектрометрии

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 с помощью стандартные атомные веса можно найти в типичной периодической таблице, так как, 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

В первом приближении основа для определения молекулярной массы по Отношения Марка – Хаувинка[5] факт, что характеристическая вязкость из решения (или же подвески ) макромолекул зависит от объемной доли диспергированных 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 известен как GPC когда элюент представляет собой органический растворитель), вискозиметрия, а диффузия упорядочена спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ДОСЫ).[6] Очевидное гидродинамический размер затем можно использовать 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

Также возможно определить абсолютную молекулярную массу непосредственно по светорассеянию, традиционно используя Метод Зимма. Это можно сделать либо с помощью классического статическое рассеяние света или через многоугловое рассеяние света детекторы. Молекулярные массы, определенные этим методом, не требуют калибровки, отсюда и термин «абсолютные». Единственное необходимое внешнее измерение: приращение показателя преломления, который описывает изменение показателя преломления с концентрацией.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), С. 126, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) из оригинала на 2017-08-14
  2. ^ Мор, Питер Дж .; Тейлор, Барри Н .; Ньюэлл, Дэвид Б. (2011). "CODATA Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант: 2010 г.". База данных разработана Дж. Бейкером, М. Дума и С. Коточиговой. Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.
  3. ^ «Атомный вес и изотопный состав для всех элементов». NIST. Получено 2007-10-14.
  4. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1980). "Атомный вес элементов 1979" (PDF). Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. Дои:10.1351 / pac198052102349.
  5. ^ Пол, Хименц К. и Лодж П. Тимоти. Полимерная химия. Второе изд. Бока-Ратон: CRC P, 2007. 336, 338–339.
  6. ^ Джонсон-младший, С.С. (1999). «Диффузионно-упорядоченная спектроскопия ядерного магнитного резонанса: принципы и приложения». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса. 34: 203–256. Дои:10.1016 / S0079-6565 (99) 00003-5.
  7. ^ 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. Дои:10.1039 / C5SC00670H. ЧВК  5656982. PMID  29142693.

внешняя ссылка