2.1. Основные понятия и формулы
Количество
вещества
—
число структурных элементов (молекул,
атомов, ионов и т. п.), содержащихся в
теле или системе. Количество вещества
выражается в молях. Моль равен количеству
вещества системы, содержащей столько
же структурных элементов, сколько
содержится атомов в
0,012
кг изотопа углерода 12C.
Количество вещества тела (системы)
,
где
N
—
число структурных элементов (молекул,
атомов, ионов и т.п.), составляющих тело
(систему). Постоянная Авогадро NА=6,021023
моль-1.
Молярная масса вещества ,
где
m—масса
однородного тела (системы);
—количество
вещества (число молей) этого тела
(системы). Выражается в единицах г/моль
(или кг/моль).
Единица
массы, равная 1/12
массы атома углерода 12C,
называется
атомной единицей массы (а.е.м.). Массы
атомов или молекул выраженные в атомных
единицах массы называют соответственно
относительной атомной или относительной
молекулярной массой вещества. Относительная
молекулярная масса вещества состоит
из относительных атомных масс химических
элементов, составляющих молекулу
вещества. Относительные
атомные
массы химических элементов приводятся
в таблице Д. И. Менделеева (см. также
таблицу 8 приложения данного пособия).
Молярная
масса вещества численно равна относительной
атомной или молекулярной массе данного
вещества, если размерность а.е.м. заменить
на размерность г/моль.
Количество вещества смеси n газов
или
,
где
νi,
Ni,
mi,
i
—
соответственно количество вещества,
число молекул, масса и молярная масса
i-го
компонента смеси
(i=1,2,…,n).
Уравнение
Менделеева
—
Клапейрона (уравнение состояния
идеального газа)
,
где
т
—
масса газа,
—
молярная масса газа,
R
—
универсальная газовая постоянная,
ν
—
количество вещества, Т
—
термодинамическая температура.
Опытные
газовые законы, являющиеся частными
случаями уравнения Менделеева
—
Клапейрона для изопроцессов:
а)
закон Бойля—Мариотта
(изотермический процесс: T=const,
m=const)
или
для двух состояний газа, обозначенных
цифрами 1 и 2,
,
б)
закон Гей-Люссака (изобарический процесс:
р=const,
m=const)
или
для двух состояний
,
в)
закон Шарля (изохорический процесс:
V=const,
m=const)
или
для двух состояний
,
г)
объединенный газовый закон
(m=const)
или
для двух состояний
.
Под
нормальными условиями понимают давление
po=1
атм (1,013105
Па), температуру 0оС
(T=273
K).
Закон
Дальтона, определяющий давление смеси
n
газов.
,
где
pi
—
парциальные давления компонентов смеси
(i=1,2,…,n).
Парциальным
давлением называется давление газа,
которое производил бы этот газ, если бы
только он один находился в сосуде,
занятом смесью.
Молярная масса смеси n газов
.
Массовая
доля i-го
компонента смеси газа (в долях единицы
или процентах)
,
где
т
—
масса смеси.
Концентрация молекул
,
где
N
—
число молекул, содержащихся в данной
системе;
—
плотность вещества в системе;
V
—
объем системы. Формула справедлива не
только для газов, но и для любого
агрегатного состояния вещества.
Уравнение
Ван-дер-Ваальса для реального газа
,
где
a
и
b
—
коэффициенты Ван-дер-Ваальса
Для
идеального газа уравнение Ван-дер-Ваальса
переходит в уравнение Менделеева
—
Клапейрона.
Основное уравнение
молекулярно — кинетической теории газов
,
где
п
—
средняя кинетическая энергия
поступательного движения молекулы.
Molar mass | |
---|---|
Common symbols |
M |
SI unit | kg/mol |
Other units |
g/mol |
In chemistry, the molar mass of a chemical compound is defined as the ratio between the mass and the amount of substance (measured in moles) of any sample of said compound.[1] The molar mass is a bulk, not molecular, property of a substance. The molar mass is an average of many instances of the compound, which often vary in mass due to the presence of isotopes. Most commonly, the molar mass is computed from the standard atomic weights and is thus a terrestrial average and a function of the relative abundance of the isotopes of the constituent atoms on Earth. The molar mass is appropriate for converting between the mass of a substance and the amount of a substance for bulk quantities.
The molecular mass and formula mass are commonly used as a synonym of molar mass, particularly for molecular compounds; however, the most authoritative sources define it differently. The difference is that molecular mass is the mass of one specific particle or molecule, while the molar mass is an average over many particles or molecules.
The formula weight is a synonym of molar mass that is frequently used for non-molecular compounds, such as ionic salts.
The molar mass is an intensive property of the substance, that does not depend on the size of the sample. In the International System of Units (SI), the coherent unit of molar mass is kg/mol. However, for historical reasons, molar masses are almost always expressed in g/mol.
The mole was defined in such a way that the molar mass of a compound, in g/mol, is numerically equal to the average mass of one molecule, in daltons. It was exactly equal before the redefinition of the mole in 2019, and is now only approximately equal, but the difference is negligible for all practical purposes. Thus, for example, the average mass of a molecule of water is about 18.0153 daltons, and the molar mass of water is about 18.0153 g/mol.
For chemical elements without isolated molecules, such as carbon and metals, the molar mass is computed dividing by the number of moles of atoms instead. Thus, for example, the molar mass of iron is about 55.845 g/mol.
Since 1971, SI defined the «amount of substance» as a separate dimension of measurement. Until 2019, the mole was defined as the amount of substance that has as many constituent particles as there are atoms in 12 grams of carbon-12. During that period, the molar mass of carbon-12 was thus exactly 12 g/mol, by definition. Since 2019, a mole of any substance has been redefined in the SI as the amount of that substance containing an exactly defined number of particles, 6.02214076×1023. The molar mass of a compound in g/mol thus is equal to the mass of this number of molecules of the compound in grams.
Molar masses of elements[edit]
The molar mass of atoms of an element is given by the relative atomic mass of the element multiplied by the molar mass constant, Mu = 0.99999999965(30)×10−3 kg⋅mol−1.[2] For normal samples from earth with typical isotope composition, the atomic weight can be approximated by the standard atomic weight[3] or the conventional atomic weight.
- M(H) = 1.00797(7) × Mu = 1.00797(7) g/mol
- M(S) = 32.065(5) × Mu = 32.065(5) g/mol
- M(Cl) = 35.453(2) × Mu = 35.453(2) g/mol
- M(Fe) = 55.845(2) × Mu = 55.845(2) g/mol.
Multiplying by the molar mass constant ensures that the calculation is dimensionally correct: standard relative atomic masses are dimensionless quantities (i.e., pure numbers) whereas molar masses have units (in this case, grams per mole).
Some elements are usually encountered as molecules, e.g. hydrogen (H
2), sulfur (S
8), chlorine (Cl
2). The molar mass of molecules of these elements is the molar mass of the atoms multiplied by the number of atoms in each molecule:
- M(H
2) = 2 × 1.007 97(7) × Mu = 2.01588(14) g/mol - M(S
8) = 8 × 32.065(5) × Mu = 256.52(4) g/mol - M(Cl
2) = 2 × 35.453(2) × Mu = 70.906(4) g/mol.
Molar masses of compounds[edit]
The molar mass of a compound is given by the sum of the relative atomic mass A
r of the atoms which form the compound multiplied by the molar mass constant M
u:
Here, M
r is the relative molar mass, also called formula weight. For normal samples from earth with typical isotope composition, the standard atomic weight or the conventional atomic weight can be used as an approximation of the relative atomic mass of the sample. Examples are:
- M(NaCl) = [22.98976928(2) + 35.453(2)] × 1.000000 g/mol = 58.443(2) g/mol
- M(C
12H
22O
11) = ([12 × 12.0107(8)] + [22 × 1.00794(7)] + [11 × 15.9994(3)]) × 1.000000 g/mol = 342.297(14) g/mol.
An average molar mass may be defined for mixtures of compounds.[1] This is particularly important in polymer science, where different polymer molecules may contain different numbers of monomer units (non-uniform polymers).[4][5]
Average molar mass of mixtures[edit]
The average molar mass of mixtures can be calculated from the mole fractions
of the components and their molar masses
:
It can also be calculated from the mass fractions of the components:
As an example, the average molar mass of dry air is 28.97 g/mol.[6]
[edit]
Molar mass is closely related to the relative molar mass (M
r) of a compound, to the older term formula weight (F.W.), and to the standard atomic masses of its constituent elements. However, it should be distinguished from the molecular mass (which is confusingly also sometimes known as molecular weight), which is the mass of one molecule (of any single isotopic composition) and is not directly related to the atomic mass, the mass of one atom (of any single isotope). The dalton, symbol Da, is also sometimes used as a unit of molar mass, especially in biochemistry, with the definition 1 Da = 1 g/mol, despite the fact that it is strictly a unit of mass (1 Da = 1 u = 1.66053906660(50)×10−27 kg, as of 2018 CODATA recommended values).
Gram atomic mass is another term for the mass, in grams, of one mole of atoms of that element. «Gram atom» is a former term for a mole.
Molecular weight (M.W.) is an older term for what is now more correctly called the relative molar mass (M
r).[7] This is a dimensionless quantity (i.e., a pure number, without units) equal to the molar mass divided by the molar mass constant.[8]
Molecular mass[edit]
The molecular mass (m) is the mass of a given molecule: it is usually measured in daltons (Da or u).[9] Different molecules of the same compound may have different molecular masses because they contain different isotopes of an element. This is distinct but related to the molar mass, which is a measure of the average molecular mass of all the molecules in a sample and is usually the more appropriate measure when dealing with macroscopic (weigh-able) quantities of a substance.
Molecular masses are calculated from the atomic masses of each nuclide, while molar masses are calculated from the standard atomic weights[10] of each element. The standard atomic weight takes into account the isotopic distribution of the element in a given sample (usually assumed to be «normal»). For example, water has a molar mass of 18.0153(3) g/mol, but individual water molecules have molecular masses which range between 18.0105646863(15) Da (1H
216O) and 22.0277364(9) Da (2H
218O).
The distinction between molar mass and molecular mass is important because relative molecular masses can be measured directly by mass spectrometry, often to a precision of a few parts per million. This is accurate enough to directly determine the chemical formula of a molecule.[11]
DNA synthesis usage[edit]
The term formula weight has a specific meaning when used in the context of DNA synthesis: whereas an individual phosphoramidite nucleobase to be added to a DNA polymer has protecting groups and has its molecular weight quoted including these groups, the amount of molecular weight that is ultimately added by this nucleobase to a DNA polymer is referred to as the nucleobase’s formula weight (i.e., the molecular weight of this nucleobase within the DNA polymer, minus protecting groups).[citation needed]
Precision and uncertainties[edit]
The precision to which a molar mass is known depends on the precision of the atomic masses from which it was calculated, and value of the molar mass constant. Most atomic masses are known to a precision of at least one part in ten-thousand, often much better[3] (the atomic mass of lithium is a notable, and serious,[12] exception). This is adequate for almost all normal uses in chemistry: it is more precise than most chemical analyses, and exceeds the purity of most laboratory reagents.
The precision of atomic masses, and hence of molar masses, is limited by the knowledge of the isotopic distribution of the element. If a more accurate value of the molar mass is required, it is necessary to determine the isotopic distribution of the sample in question, which may be different from the standard distribution used to calculate the standard atomic mass. The isotopic distributions of the different elements in a sample are not necessarily independent of one another: for example, a sample which has been distilled will be enriched in the lighter isotopes of all the elements present. This complicates the calculation of the standard uncertainty in the molar mass.
A useful convention for normal laboratory work is to quote molar masses to two decimal places for all calculations. This is more accurate than is usually required, but avoids rounding errors during calculations. When the molar mass is greater than 1000 g/mol, it is rarely appropriate to use more than one decimal place. These conventions are followed in most tabulated values of molar masses.[13][14]
Measurement[edit]
Molar masses are almost never measured directly. They may be calculated from standard atomic masses, and are often listed in chemical catalogues and on safety data sheets (SDS). Molar masses typically vary between:
- 1–238 g/mol for atoms of naturally occurring elements;
- 10–1000 g/mol for simple chemical compounds;
- 1000–5000000 g/mol for polymers, proteins, DNA fragments, etc.
While molar masses are almost always, in practice, calculated from atomic weights, they can also be measured in certain cases. Such measurements are much less precise than modern mass spectrometric measurements of atomic weights and molecular masses, and are of mostly historical interest. All of the procedures rely on colligative properties, and any dissociation of the compound must be taken into account.
Vapour density[edit]
The measurement of molar mass by vapour density relies on the principle, first enunciated by Amedeo Avogadro, that equal volumes of gases under identical conditions contain equal numbers of particles. This principle is included in the ideal gas equation:
where n is the amount of substance. The vapour density (ρ) is given by
Combining these two equations gives an expression for the molar mass in terms of the vapour density for conditions of known pressure and temperature:
Freezing-point depression[edit]
The freezing point of a solution is lower than that of the pure solvent, and the freezing-point depression (ΔT) is directly proportional to the amount concentration for dilute solutions. When the composition is expressed as a molality, the proportionality constant is known as the cryoscopic constant (K
f) and is characteristic for each solvent. If w represents the mass fraction of the solute in solution, and assuming no dissociation of the solute, the molar mass is given by
Boiling-point elevation[edit]
The boiling point of a solution of an involatile solute is higher than that of the pure solvent, and the boiling-point elevation (ΔT) is directly proportional to the amount concentration for dilute solutions. When the composition is expressed as a molality, the proportionality constant is known as the ebullioscopic constant (K
b) and is characteristic for each solvent. If w represents the mass fraction of the solute in solution, and assuming no dissociation of the solute, the molar mass is given by
See also[edit]
- Mole map (chemistry)
References[edit]
- ^ a b International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. p. 41. Electronic version.
- ^ «2018 CODATA Value: molar mass constant». The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20 May 2019. Retrieved 2019-05-20.
- ^ a b Wieser, M. E. (2006), «Atomic Weights of the Elements 2005» (PDF), Pure and Applied Chemistry, 78 (11): 2051–66, doi:10.1351/pac200678112051
- ^ «International union of pure and applied chemistry, commission on macromolecular nomenclature, note on the terminology for molar masses in polymer science». Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition. 22 (1): 57. 1984. Bibcode:1984JPoSL..22…57.. doi:10.1002/pol.1984.130220116.
- ^ Metanomski, W. V. (1991). Compendium of Macromolecular Nomenclature. Oxford: Blackwell Science. pp. 47–73. ISBN 0-632-02847-5.
- ^ The Engineering ToolBox Molecular Mass of Air
- ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the «Gold Book») (1997). Online corrected version: (2006–) «relative molar mass». doi:10.1351/goldbook.R05270
- ^ The technical definition is that the relative molar mass is the molar mass measured on a scale where the molar mass of unbound carbon 12 atoms, at rest and in their electronic ground state, is 12. The simpler definition given here is equivalent to the full definition because of the way the molar mass constant is itself defined.
- ^ International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (PDF) (8th ed.), p. 126, ISBN 92-822-2213-6, archived (PDF) from the original on 2021-06-04, retrieved 2021-12-16
- ^ «Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements». NIST. Retrieved 2007-10-14.
- ^ «Author Guidelines – Article Layout». RSC Publishing. Retrieved 2007-10-14.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 21. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ See, e.g., Weast, R. C., ed. (1972). Handbook of Chemistry and Physics (53rd ed.). Cleveland, OH: Chemical Rubber Co.
- ^ Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan M. H.; Meija, Juris; Hibbert, D. Brynn (2018-01-04). «Interpreting and propagating the uncertainty of the standard atomic weights (IUPAC Technical Report)». Pure and Applied Chemistry. 90 (2): 395–424. doi:10.1515/pac-2016-0402. S2CID 145931362.
External links[edit]
- HTML5 Molar Mass Calculator Archived 2017-04-25 at the Wayback Machine web and mobile application.
- Online Molar Mass Calculator with the uncertainty of M and all the calculations shown
- Molar Mass Calculator Online Molar Mass and Elemental Composition Calculator
- Stoichiometry Add-In for Microsoft Excel Archived 2011-05-11 at the Wayback Machine for calculation of molecular weights, reaction coefficients and stoichiometry. It includes both average atomic weights and isotopic weights.
- Molar mass: chemistry second-level course.
Molar mass | |
---|---|
Common symbols |
M |
SI unit | kg/mol |
Other units |
g/mol |
In chemistry, the molar mass of a chemical compound is defined as the ratio between the mass and the amount of substance (measured in moles) of any sample of said compound.[1] The molar mass is a bulk, not molecular, property of a substance. The molar mass is an average of many instances of the compound, which often vary in mass due to the presence of isotopes. Most commonly, the molar mass is computed from the standard atomic weights and is thus a terrestrial average and a function of the relative abundance of the isotopes of the constituent atoms on Earth. The molar mass is appropriate for converting between the mass of a substance and the amount of a substance for bulk quantities.
The molecular mass and formula mass are commonly used as a synonym of molar mass, particularly for molecular compounds; however, the most authoritative sources define it differently. The difference is that molecular mass is the mass of one specific particle or molecule, while the molar mass is an average over many particles or molecules.
The formula weight is a synonym of molar mass that is frequently used for non-molecular compounds, such as ionic salts.
The molar mass is an intensive property of the substance, that does not depend on the size of the sample. In the International System of Units (SI), the coherent unit of molar mass is kg/mol. However, for historical reasons, molar masses are almost always expressed in g/mol.
The mole was defined in such a way that the molar mass of a compound, in g/mol, is numerically equal to the average mass of one molecule, in daltons. It was exactly equal before the redefinition of the mole in 2019, and is now only approximately equal, but the difference is negligible for all practical purposes. Thus, for example, the average mass of a molecule of water is about 18.0153 daltons, and the molar mass of water is about 18.0153 g/mol.
For chemical elements without isolated molecules, such as carbon and metals, the molar mass is computed dividing by the number of moles of atoms instead. Thus, for example, the molar mass of iron is about 55.845 g/mol.
Since 1971, SI defined the «amount of substance» as a separate dimension of measurement. Until 2019, the mole was defined as the amount of substance that has as many constituent particles as there are atoms in 12 grams of carbon-12. During that period, the molar mass of carbon-12 was thus exactly 12 g/mol, by definition. Since 2019, a mole of any substance has been redefined in the SI as the amount of that substance containing an exactly defined number of particles, 6.02214076×1023. The molar mass of a compound in g/mol thus is equal to the mass of this number of molecules of the compound in grams.
Molar masses of elements[edit]
The molar mass of atoms of an element is given by the relative atomic mass of the element multiplied by the molar mass constant, Mu = 0.99999999965(30)×10−3 kg⋅mol−1.[2] For normal samples from earth with typical isotope composition, the atomic weight can be approximated by the standard atomic weight[3] or the conventional atomic weight.
- M(H) = 1.00797(7) × Mu = 1.00797(7) g/mol
- M(S) = 32.065(5) × Mu = 32.065(5) g/mol
- M(Cl) = 35.453(2) × Mu = 35.453(2) g/mol
- M(Fe) = 55.845(2) × Mu = 55.845(2) g/mol.
Multiplying by the molar mass constant ensures that the calculation is dimensionally correct: standard relative atomic masses are dimensionless quantities (i.e., pure numbers) whereas molar masses have units (in this case, grams per mole).
Some elements are usually encountered as molecules, e.g. hydrogen (H
2), sulfur (S
8), chlorine (Cl
2). The molar mass of molecules of these elements is the molar mass of the atoms multiplied by the number of atoms in each molecule:
- M(H
2) = 2 × 1.007 97(7) × Mu = 2.01588(14) g/mol - M(S
8) = 8 × 32.065(5) × Mu = 256.52(4) g/mol - M(Cl
2) = 2 × 35.453(2) × Mu = 70.906(4) g/mol.
Molar masses of compounds[edit]
The molar mass of a compound is given by the sum of the relative atomic mass A
r of the atoms which form the compound multiplied by the molar mass constant M
u:
Here, M
r is the relative molar mass, also called formula weight. For normal samples from earth with typical isotope composition, the standard atomic weight or the conventional atomic weight can be used as an approximation of the relative atomic mass of the sample. Examples are:
- M(NaCl) = [22.98976928(2) + 35.453(2)] × 1.000000 g/mol = 58.443(2) g/mol
- M(C
12H
22O
11) = ([12 × 12.0107(8)] + [22 × 1.00794(7)] + [11 × 15.9994(3)]) × 1.000000 g/mol = 342.297(14) g/mol.
An average molar mass may be defined for mixtures of compounds.[1] This is particularly important in polymer science, where different polymer molecules may contain different numbers of monomer units (non-uniform polymers).[4][5]
Average molar mass of mixtures[edit]
The average molar mass of mixtures can be calculated from the mole fractions
of the components and their molar masses
:
It can also be calculated from the mass fractions of the components:
As an example, the average molar mass of dry air is 28.97 g/mol.[6]
[edit]
Molar mass is closely related to the relative molar mass (M
r) of a compound, to the older term formula weight (F.W.), and to the standard atomic masses of its constituent elements. However, it should be distinguished from the molecular mass (which is confusingly also sometimes known as molecular weight), which is the mass of one molecule (of any single isotopic composition) and is not directly related to the atomic mass, the mass of one atom (of any single isotope). The dalton, symbol Da, is also sometimes used as a unit of molar mass, especially in biochemistry, with the definition 1 Da = 1 g/mol, despite the fact that it is strictly a unit of mass (1 Da = 1 u = 1.66053906660(50)×10−27 kg, as of 2018 CODATA recommended values).
Gram atomic mass is another term for the mass, in grams, of one mole of atoms of that element. «Gram atom» is a former term for a mole.
Molecular weight (M.W.) is an older term for what is now more correctly called the relative molar mass (M
r).[7] This is a dimensionless quantity (i.e., a pure number, without units) equal to the molar mass divided by the molar mass constant.[8]
Molecular mass[edit]
The molecular mass (m) is the mass of a given molecule: it is usually measured in daltons (Da or u).[9] Different molecules of the same compound may have different molecular masses because they contain different isotopes of an element. This is distinct but related to the molar mass, which is a measure of the average molecular mass of all the molecules in a sample and is usually the more appropriate measure when dealing with macroscopic (weigh-able) quantities of a substance.
Molecular masses are calculated from the atomic masses of each nuclide, while molar masses are calculated from the standard atomic weights[10] of each element. The standard atomic weight takes into account the isotopic distribution of the element in a given sample (usually assumed to be «normal»). For example, water has a molar mass of 18.0153(3) g/mol, but individual water molecules have molecular masses which range between 18.0105646863(15) Da (1H
216O) and 22.0277364(9) Da (2H
218O).
The distinction between molar mass and molecular mass is important because relative molecular masses can be measured directly by mass spectrometry, often to a precision of a few parts per million. This is accurate enough to directly determine the chemical formula of a molecule.[11]
DNA synthesis usage[edit]
The term formula weight has a specific meaning when used in the context of DNA synthesis: whereas an individual phosphoramidite nucleobase to be added to a DNA polymer has protecting groups and has its molecular weight quoted including these groups, the amount of molecular weight that is ultimately added by this nucleobase to a DNA polymer is referred to as the nucleobase’s formula weight (i.e., the molecular weight of this nucleobase within the DNA polymer, minus protecting groups).[citation needed]
Precision and uncertainties[edit]
The precision to which a molar mass is known depends on the precision of the atomic masses from which it was calculated, and value of the molar mass constant. Most atomic masses are known to a precision of at least one part in ten-thousand, often much better[3] (the atomic mass of lithium is a notable, and serious,[12] exception). This is adequate for almost all normal uses in chemistry: it is more precise than most chemical analyses, and exceeds the purity of most laboratory reagents.
The precision of atomic masses, and hence of molar masses, is limited by the knowledge of the isotopic distribution of the element. If a more accurate value of the molar mass is required, it is necessary to determine the isotopic distribution of the sample in question, which may be different from the standard distribution used to calculate the standard atomic mass. The isotopic distributions of the different elements in a sample are not necessarily independent of one another: for example, a sample which has been distilled will be enriched in the lighter isotopes of all the elements present. This complicates the calculation of the standard uncertainty in the molar mass.
A useful convention for normal laboratory work is to quote molar masses to two decimal places for all calculations. This is more accurate than is usually required, but avoids rounding errors during calculations. When the molar mass is greater than 1000 g/mol, it is rarely appropriate to use more than one decimal place. These conventions are followed in most tabulated values of molar masses.[13][14]
Measurement[edit]
Molar masses are almost never measured directly. They may be calculated from standard atomic masses, and are often listed in chemical catalogues and on safety data sheets (SDS). Molar masses typically vary between:
- 1–238 g/mol for atoms of naturally occurring elements;
- 10–1000 g/mol for simple chemical compounds;
- 1000–5000000 g/mol for polymers, proteins, DNA fragments, etc.
While molar masses are almost always, in practice, calculated from atomic weights, they can also be measured in certain cases. Such measurements are much less precise than modern mass spectrometric measurements of atomic weights and molecular masses, and are of mostly historical interest. All of the procedures rely on colligative properties, and any dissociation of the compound must be taken into account.
Vapour density[edit]
The measurement of molar mass by vapour density relies on the principle, first enunciated by Amedeo Avogadro, that equal volumes of gases under identical conditions contain equal numbers of particles. This principle is included in the ideal gas equation:
where n is the amount of substance. The vapour density (ρ) is given by
Combining these two equations gives an expression for the molar mass in terms of the vapour density for conditions of known pressure and temperature:
Freezing-point depression[edit]
The freezing point of a solution is lower than that of the pure solvent, and the freezing-point depression (ΔT) is directly proportional to the amount concentration for dilute solutions. When the composition is expressed as a molality, the proportionality constant is known as the cryoscopic constant (K
f) and is characteristic for each solvent. If w represents the mass fraction of the solute in solution, and assuming no dissociation of the solute, the molar mass is given by
Boiling-point elevation[edit]
The boiling point of a solution of an involatile solute is higher than that of the pure solvent, and the boiling-point elevation (ΔT) is directly proportional to the amount concentration for dilute solutions. When the composition is expressed as a molality, the proportionality constant is known as the ebullioscopic constant (K
b) and is characteristic for each solvent. If w represents the mass fraction of the solute in solution, and assuming no dissociation of the solute, the molar mass is given by
See also[edit]
- Mole map (chemistry)
References[edit]
- ^ a b International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd edition, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. p. 41. Electronic version.
- ^ «2018 CODATA Value: molar mass constant». The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. 20 May 2019. Retrieved 2019-05-20.
- ^ a b Wieser, M. E. (2006), «Atomic Weights of the Elements 2005» (PDF), Pure and Applied Chemistry, 78 (11): 2051–66, doi:10.1351/pac200678112051
- ^ «International union of pure and applied chemistry, commission on macromolecular nomenclature, note on the terminology for molar masses in polymer science». Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition. 22 (1): 57. 1984. Bibcode:1984JPoSL..22…57.. doi:10.1002/pol.1984.130220116.
- ^ Metanomski, W. V. (1991). Compendium of Macromolecular Nomenclature. Oxford: Blackwell Science. pp. 47–73. ISBN 0-632-02847-5.
- ^ The Engineering ToolBox Molecular Mass of Air
- ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the «Gold Book») (1997). Online corrected version: (2006–) «relative molar mass». doi:10.1351/goldbook.R05270
- ^ The technical definition is that the relative molar mass is the molar mass measured on a scale where the molar mass of unbound carbon 12 atoms, at rest and in their electronic ground state, is 12. The simpler definition given here is equivalent to the full definition because of the way the molar mass constant is itself defined.
- ^ International Bureau of Weights and Measures (2006), The International System of Units (SI) (PDF) (8th ed.), p. 126, ISBN 92-822-2213-6, archived (PDF) from the original on 2021-06-04, retrieved 2021-12-16
- ^ «Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements». NIST. Retrieved 2007-10-14.
- ^ «Author Guidelines – Article Layout». RSC Publishing. Retrieved 2007-10-14.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 21. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ See, e.g., Weast, R. C., ed. (1972). Handbook of Chemistry and Physics (53rd ed.). Cleveland, OH: Chemical Rubber Co.
- ^ Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan M. H.; Meija, Juris; Hibbert, D. Brynn (2018-01-04). «Interpreting and propagating the uncertainty of the standard atomic weights (IUPAC Technical Report)». Pure and Applied Chemistry. 90 (2): 395–424. doi:10.1515/pac-2016-0402. S2CID 145931362.
External links[edit]
- HTML5 Molar Mass Calculator Archived 2017-04-25 at the Wayback Machine web and mobile application.
- Online Molar Mass Calculator with the uncertainty of M and all the calculations shown
- Molar Mass Calculator Online Molar Mass and Elemental Composition Calculator
- Stoichiometry Add-In for Microsoft Excel Archived 2011-05-11 at the Wayback Machine for calculation of molecular weights, reaction coefficients and stoichiometry. It includes both average atomic weights and isotopic weights.
- Molar mass: chemistry second-level course.
Морфемный разбор слова:
Однокоренные слова к слову:
Молярная масса как пишется в физике
Моль, молярная масса
В химических процессах участвуют мельчайшие частицы – молекулы, атомы, ионы, электроны. Число таких частиц даже в малой порции вещества очень велико. Поэтому, чтобы избежать математических операций с большими числами, для характеристики количества вещества, участвующего в химической реакции, используется специальная единица – моль.
Моль — это такое количество вещества, в котором содержится определенное число частиц (молекул, атомов, ионов), равное постоянной Авогадро
Постоянная Авогадро NA определяется как число атомов, содержащееся в 12 г изотопа 12 С:
Таким образом, 1 моль вещества содержит 6,02 • 10 23 частиц этого вещества.
Исходя из этого, любое количество вещества можно выразить определенным числом молей ν (ню). Например, в образце вещества содержится 12,04 • 10 23 молекул. Следовательно, количество вещества в этом образце составляет:
где N – число частиц данного вещества;
NA – число частиц, которое содержит 1 моль вещества (постоянная Авогадро).
Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.
Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной относительной молекулярной массе Mr (для веществ атомного строения – относительной атомной массе Ar).
Например, молярная масса метана CH4 определяется следующим образом:
M(CH4)=16 г/моль, т.е. 16 г CH4 содержат 6,02 • 10 23 молекул.
Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:
Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:
или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:
Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от Mr и Ar. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.
Пример Вычислить массы метана CH4 и этана С2H6, взятых в количестве ν = 2 моль каждого.
Решение
Молярная масса метана M(CH4) равна 16 г/моль;
молярная масса этана M(С2Н6) = 2 • 12+6=30 г/моль.
Отсюда:
Таким образом, моль – это порция вещества, содержащая одно и то же число частиц, но имеющая разную массу для разных веществ, т.к. частицы вещества (атомы и молекулы) не одинаковы по массе.
Вычисление ν используется практически в каждой расчетной задаче.
Образцы решения задач
Задача №1. Вычислите массу (г) магния, взятого количеством вещества 0, 5 моль?
M (Mg ) = Ar ( Mg ) = 24 г/моль (из периодической системы)
m ( Mg ) = 24 г/моль · 0,5 моль = 12 г
Задача №2. Вычислите массу (г) 12,04 · 10 23 молекул оксида цинка Zn О ?
n (Zn O )= 12,04 * 10 23 молекул
следовательно, формула для расчёта
M(ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O) = 65 + 16 = 81 г / моль
m = 81 г/моль · (12,04 * 10 23 /6.02 · 10 23 1/моль) = 162 г
Задания для закрепления
Заполните таблицу (округляя числа до целых )
Источник
Молярная масса
Моля́рная ма́сса вещества — масса одного моля вещества. Для отдельных химических элементов молярной массой является масса одного моля отдельных атомов этого элемента. В этом случае молярная масса элемента, выраженная в г/моль, численно совпадает с массой атома элемента, выраженной в а.е.м. (атомная единица массы). Однако надо чётко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и отличаются по размерности. [1]
Молярные массы сложных молекул можно определить, суммируя молярные массы входящих в них элементов.
Например, молярная масса воды (H2O) есть MH2O = 2 MH +MO = 2·1+16 = 18 (г/моль).
Стоит отметить, что, например, молярная масса кислорода как элемента = 16 (г/моль), а в газообразном состоянии (O2) = 32 (г/моль).
Молярная масса некоторых веществ
Вещество | г/моль |
---|---|
Азот | 28 |
Аргон | 40 |
Водород | 2 |
Водяные пары | 18 |
Гелий | 4 |
Воздух | 29 |
Кислород | 32 |
Литий | 6 |
Неон | 20 |
Серебро | 108 |
Молибден | 96 |
Углекислый газ | 44 |
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Молярная масса» в других словарях:
молярная масса — molio masė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. molar mass vok. molare Masse, f; Molmasse, f rus. мольная масса, f; молярная масса, f pranc. masse molaire, f … Fizikos terminų žodynas
молярная масса — molio masė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos dalelių, kurių skaičius lygus Avogadro konstantai, masė, t. y. masė m, padalyta iš medžiagos kiekio n: M = m/n. atitikmenys: angl. molar mass vok. molare Masse, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
молярная масса — molinė masė statusas T sritis chemija apibrėžtis Vieno medžiagos molio masė. atitikmenys: angl. molar mass rus. молярная масса … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
молярная масса — molio masė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Medžiagos dalelių, kurių skaičius lygus Avogadro konstantai, masė, t. y. medžiagos masė, padalyta iš medžiagos kiekio. atitikmenys: angl. molar mass vok. molare Masse, f; Molmasse, f rus.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
МОЛЯРНАЯ МАССА — физ. величина, равная отношению массы к кол ву в ва. Единица М. м. (в СИ) кг/моль. М = m/n, где М М. м. в кг/моль, m масса в ва в кг, п кол во в ва в молях. Числовое значение М. м., выраж. в кг/моль, равно относит. молекулярной массе, делённой на … Большой энциклопедический политехнический словарь
Молярная масса эквивалента — Величина Мэквх, численно равная произведению молярной массы вещества х на фактор эквивалентности и рассчитываемая по формуле Мэквх = Мх × fэквх, где Мх молярная масса вещества х, г; fэквх фактор эквивалентности. Примечание. Величина Мэквх… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Молярная концентрация эквивалента — Величина Сэквх, численно равная частному от деления массовой концентрации вещества х на молярную массу его эквивалента и рассчитываемая по формуле где Стх массовая концентрация вещества х, г; Мэквх молярная масса эквивалента вещества х, г.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МОЛЯРНАЯ MАCCA — физ. величина, равная отношению массы газа (или др. тела) к количеству вещества, которое в нём содержится; обозначается буквой Μ; М = m/n. где т масса вещества, n количество вещества. Числовое значение М в тысячу раз меньше относительной… … Большая политехническая энциклопедия
Молярная концентрация — Концентрация величина, характеризующая количественный состав раствора. Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л) … Википедия
Источник
Молекулярная масса
п.1. Относительная атомная и молекулярная масса
Массы атомов и молекул, из которых состоят вещества, очень малы. Поэтому их чаще измеряют не в килограммах, а используют внесистемную единицу – атомную единицу массы.
Относительную атомную массу проще всего найти, пользуясь таблицей Менделеева.
Например:
(A_r(mathrm)=1,00797 text<а. е. м>) – относительная атомная масса водорода
(A_r(mathrm)=12,01115 text<а. е. м>) – относительная атомная масса углерода
(A_r(mathrm)=14,0067 text<а. е. м>) – относительная атомная масса азота
(A_r(mathrm)=15,9994 text<а. е. м>) – относительная атомная масса кислорода
На практике при решении учебных задач относительные атомные массы округляют и единицу измерения а.е.м. не пишут.
п.2. Количество вещества. Постоянная Авогадро
Например:
В 5 молях углерода будет содержаться (N=5cdot N_Aapprox 6,022cdot 10^<23>approx 3,01cdot 10^<24>) атомов углерода. Причём, всё равно, будут ли эти атомы углерода образовывать уголь, графит или алмаз.
Аналогично, в 5 молях воды будет (N=5cdot N_Aapprox 3,01cdot 10^<24>) молекул воды. Причём, независимо от того, в каком агрегатном состоянии находится вода: в виде пара, жидкости или льда.
Т.е., «количество вещества» всегда говорит нам о «количестве частиц», независимо от других параметров.
п.3. Молярная масса
Например:
Найдем молярную массу этилового спирта begin A_r(mathrm)=12, A_r(mathrm)=1, A_r(mathrm)=16\ M_r(mathrm)= 2A_r(mathrm)+6A_r(mathrm) +A_r(mathrm)=2cdot 12+6cdot 1+16=46\ mu(mathrm)=46cdot 10^<-3>frac<text<кг>><text<моль>> end
п.4. Молярный объем
Это свойство газов часто используется при изучении различных веществ и явлений в физике и химии.
п.5. Задачи
Задача 1. Масса кристалла серы равна 16 г. Сколько молекул серы (mathrm) содержится в этом кристалле? (Ответ округлите до двух значащих цифр).
Задача 2*. В кислородном генераторе на космическом корабле было получено 1,6 кг кислорода (mathrm). Одному космонавту по норме требуется 600 литров кислорода в сутки. Считая условия для газа приблизительно нормальными, определите, на сколько часов космонавту хватит полученного кислорода.
Источник
Молярная, молекулярная и атомная массы
Молярная масса (для обозначения в формулах используется буква М) — характеристика вещества, отражающая количество граммов, которое содержится в одном его моле. Измеряется эта величина в г/моль. Интересно, что в Международной системе единиц указано, что параметр должен выражаться в кг/моль. Но г/моль является более удобной единицей измерения, поэтому именно она обычно используется на практике.
За единицу отсчёта атом элемента был взят за нейтральность и широкую распространённость в природе его изотопа. Но учёные не сразу ориентировались на углерод. Сначала были попытки создания водородной шкалы исходя из того, что водород наиболее лёгкий элемент, потом — кислородной. Но когда оказалось, что в природе это вещество является смесью изотопов с массой от 16 до 18, единица стала неприемлемой, поэтому её заменили углеродной.
С массой атомной молярная тоже может быть одинаковой, если простое вещество состоит из одного атома. Для каждого элемента её легко определить по таблице Менделеева — вместе с порядковым номером она указана в ячейке.
Определение атомной массы для каждого химического элемента было непростой задачей. Для этого учёные взвешивали все существующие в земной коре изотопы и вычисляли их среднее значение с учётом процентной распространённости в природе. Что касается синтетических элементов, то их определяли по наиболее стабильному изотопу.
Определение в сложных веществах
Для простых веществ, состоящих из одного атома, параметр считается так же, как для элемента. Молярная масса углерода всегда равна 12. Этот показатель справедлив и для натрия. Как простое вещество, этот мягкий серебристо-белый металл содержит в себе 23 г/моль, а купрум (так на латинском обозначается медь) — 63,5 г/моль. Газ также может состоять из одного элемента, например, гелий, искомый параметр которого 4 г/моль.
Но существуют и газы, которые образованы двумя молекулами (водород, азот, кислород, хлор, фтор и другие) или тремя (озон). Для них нужно не забывать умножать атомную массу на число молекул. Для сложных веществ параметр можно рассчитать аналогичным образом:
Исходя из этого, формулу молярной массы можно вывести следующим образом: М (XxYy) = М (Хx) + М (Yy) = x * М (Х) + y * М (Y). Таким образом, вычислить этот параметр для любого органического или неорганического вещества совсем несложно.
Главное, иметь под рукой таблицу Менделеева, тогда никакие онлайн-калькуляторы не потребуются.
Расчёты в смеси
Задачу можно усложнить, попробовав посчитать этот показатель в смеси, где в разных пропорциях входят различные соединения. Идеальным примером для этого является воздух. В нем можно выделить следующие составляющие:
Искомый параметр будет вычисляться следующим образом: 0,23*32+0,76*28+0,01*40. Результат равен 29,04 г/моль (можно округлить до 29).
Конечно, в воздухе содержатся и другие вещества (углекислый и инертные газы, водород и т. д. ), но их масса составляет менее десятой процента, поэтому для простоты их допускается не учитывать.
Применение в химических задачах
С этим параметром связано множество других формул. Зная его, можно вычислить количество вещества (n). Для этого нужно разделить его фактическую массу на молярную (n = m / M). Чтобы узнать число частиц в нём (N), полученное значение n нужно умножить на константу Авогадро (N A). Получается 6,02*10 23 (N = n * N A) Именно столько структурных единиц содержится в одном моле любого соединения или простого вещества. С другой стороны, зная показатель n, можно найти m по формуле n * M. В итоге получается ещё одна формула: M = m / n.
В учебнике может ждать такая задача: «Найдите массу 0,75 моль азота N2». Начать нужно с нахождения массы одного атома азота. По таблице Менделеева она равняется 14 г. Молекула состоит из двух атомов, следовательно, масса одного моля азота как простого вещества будет иметь значение 28, а масса 0,75 моль — 21 грамм.
Не менее распространена в мире химии физическая величина под названием молярный объём (V m). Её получают как отношение молярной массы к плотности вещества (M /ρ). Размерность этой величины — м 3 /моль или л/моль (кубический метр или литр на моль). В стандартных условиях для идеального газа её значение принимается за 22,41. Конечно, в реальных условиях наблюдаются отклонения от этого значения, но для решения задач ими можно пренебречь, поскольку они минимальны.
Величину для газа можно найти по формуле M = V m * ρ. Но более правильным будет вычислять её с учётом всех условий по уравнению Менделеева — Клайперона. Оно выглядит следующим образом: p * V = m * R * T / M, где p — давление, V — объём, m — масса, R — константа, равная 8,314, T — температура, M — молярная масса.
Иногда требуется найти параметр для эквивалента (MЭ). Он будет напрямую зависеть от класса соединения и его формулы. Для кислот эквивалентное число (z) соответствует количеству атомов водорода в составе (один для HCl, два для H2SO4, три для H3PO4), для щелочей — групп OH (одна для KOH, две для Ca (OH)2). Для веществ, эквивалент которых равен единице, результат не меняется, для всех остальных МЭ находится как М/ z. Исходя из этого:
Химия может быть понятной и доступной только для тех, кто последовательно подходит к её изучению и уделяет внимание каждой теме, читая учебники или просматривая видеоуроки. Но старания стоят того, ведь эта наука невероятно важная и интересная, она может дать объяснение составу и строению любого объекта окружающей среды, а на основе этих данных можно узнать практически всё о его свойствах и научиться волшебству превращения одних веществ в другие.
Источник
Молярная масса
Всего получено оценок: 740.
Всего получено оценок: 740.
Атомы и молекулы – мельчайшие частицы вещества, поэтому в качестве единицы измерения можно выбрать массу одного из атомов и выражать массы других атомов в соотношении с выбранной. Так что же такое молярная масса, и какова ее размерность?
Что такое молярная масса?
Основоположником теории атомных масс был ученый Дальтон, который составил таблицу атомных масс и принял массу атома водорода за единицу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества. Моль, в свою очередь, – количество вещества, в котором содержится определенное количество мельчайших частиц, которые участвуют в химических процессах. Количество молекул, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Эта величина является постоянной и не изменяется.
Таким образом, молярная масса вещества – это масса одного моля, в котором находится 6,02*10^23 элементарных частиц.
Число Авогадро получило свое название в честь итальянского ученого Амедео Авагадро, который доказал, что число молекул в одинаковых объемах газов всегда одинаково
Молярная масса в Международной системе СИ измеряется в кг/моль, хотя обычно эту величину выражают в грамм/моль. Эта величина обозначается английской буквой M, а формула молярной массы выглядит следующим образом:
где m – масса вещества, а v – количество вещества.
Рис. 2. Расчет молярной массы.
Как найти молярную массу вещества?
Вычислить молярную массу того или иного вещества поможет таблица Д. И. Менделеева. Возьмем любое вещество, например, серную кислоту.Ее формула выглядит следующим образом: H2 SO4. Теперь обратимся к таблице и посмотрим, какова атомная масса каждого из входящих в состав кислоты элементов. Серная кислота состоит из трех элементов – водород, сера, кислород. Атомная масса этих элементов соответственно – 1, 32, 16.
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе, если структурными единицами вещества являются молекулы. Молярная масса вещества также может быть равна относительной атомной массе, если структурными единицами вещества являются атомы.
Вплоть до 1961 года за атомную единицу массы принимали атом кислорода, но не целый атом а его 1/16 часть. При этом химическая и физическая единицы массы не были одинаковыми. Химическая была на 0,03% больше, чем физическая.
В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной е.а.м. выбрана 1/12 часть массы атома углерода.
Рис. 3. Формула единицы атомной массы углерода.
Молярная масса любого газа или пара измеряется очень легко. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.
Понятие молярной массы является очень важным для химии. Ее расчет необходим для создания полимерных комплексов и множества других реакций. В фармацевтике с помощью молярной массы определяют концентрацию данного вещества в субстанции. Также молярная масса важна при провидении биохимических исследований (обменный процесс в элементе).
В наше время благодаря развитию науки известны молекулярные массы практически всех составляющих крови, в том числе и гемоглобина.
Что мы узнали?
В 8 классе по химии важной темой является «молярная масса вещества». Молярная масса – важное физическое и химическое понятие. Молярная масса — характеристика вещества, отношение массы вещества к количеству молей этого вещества, то есть масса одного моля вещества. измеряется она в кг/моль или грамм/моль.
Источник
Теперь вы знаете какие однокоренные слова подходят к слову Молярная масса как пишется в физике, а так же какой у него корень, приставка, суффикс и окончание. Вы можете дополнить список однокоренных слов к слову «Молярная масса как пишется в физике», предложив свой вариант в комментариях ниже, а также выразить свое несогласие проведенным с морфемным разбором.