Formeln zur Berechnung der Masse eines Moleküls, ein Beispiel für ein Problem

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Jeder Mensch weiß, dass die Körper um uns herum aus Atomen und Molekülen bestehen. Sie haben unterschiedliche Formen und Strukturen. Beim Lösen von Problemen in Chemie und Physik ist es oft notwendig, die Masse eines Moleküls zu finden. Betrachten Sie in diesem Artikel mehrere theoretische Methoden zur Lösung dieses Problems.

Allgemeine Informationen

Bevor du darüber nachdenkst, wie man die Masse eines Moleküls bestimmt, solltest du dich mit dem Konzept selbst vertraut machen. Hier sind einige Beispiele.

Ein Molekül wird gewöhnlich als ein Satz von Atomen bezeichnet, die durch die eine oder andere Art von chemischer Bindung miteinander verbunden sind. Auch sollen und können sie in verschiedenen physikalischen und chemischen Prozessen als Ganzes betrachtet werden. Diese Bindungen können ionisch, kovalent, metallisch oder Van-der-Waals-Bindungen sein.

Das bekannte Wassermolekül hat die chemische Formel H₂O. Das darin enth altene Sauerstoffatom ist über polare kovalente Bindungen mit zwei Wasserstoffatomen verbunden. Diese Struktur bestimmt viele der physikalischen und chemischen Eigenschaften von flüssigem Wasser, Eis und Dampf.

Erdgas Methan ist ein weiterer glänzender Vertreter einer molekularen Substanz. Seine Teilchen werden gebildetein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome (CH₄). Im Weltraum haben die Moleküle die Form eines Tetraeders mit Kohlenstoff in der Mitte.

Luft ist ein komplexes Gasgemisch, das hauptsächlich aus Sauerstoffmolekülen O₂ und Stickstoff N₂ besteht. Beide Typen sind durch starke zwei- und dreifach kovalente unpolare Bindungen verbunden, was sie chemisch höchst inert macht.

Bestimmung der Masse eines Moleküls über seine Molmasse

Das Periodensystem der chemischen Elemente enthält eine große Menge an Informationen, darunter atomare Masseneinheiten (amu). Beispielsweise hat ein Wasserstoffatom ein Amu von 1 und ein Sauerstoffatom von 16. Jede dieser Zahlen gibt die Masse in Gramm an, die ein System mit 1 Mol Atomen des entsprechenden Elements haben wird. Erinnern Sie sich daran, dass die Maßeinheit der Stoffmenge 1 Mol die Anzahl der Teilchen im System ist, entsprechend der Avogadro-Zahl N_A, sie ist gleich 6,0210 ²³.

Wenn sie ein Molekül betrachten, verwenden sie nicht das Konzept von amu, sondern von Molekulargewicht. Letzteres ist eine einfache Summe von a.m.u. für die Atome, aus denen das Molekül besteht. Beispielsweise wäre die Molmasse für H₂O 18 g/mol und für O₂ 32 g/mol. Wenn Sie ein allgemeines Konzept haben, können Sie mit den Berechnungen fortfahren.

Mit der Molmasse M lässt sich leicht die Masse eines Moleküls m₁ berechnen. Verwenden Sie dazu eine einfache Formel:

m₁=M/N_A.

Bei manchen Aufgabendie Masse des Systems m und die darin enth altene Materiemenge n angegeben werden. In diesem Fall berechnet sich die Masse eines Moleküls wie folgt:

m₁=m/(nN_A).

Ideales Gas

Dieses Konzept wird als solches Gas bezeichnet, dessen Moleküle sich mit hoher Geschwindigkeit zufällig in verschiedene Richtungen bewegen und nicht miteinander interagieren. Die Entfernungen zwischen ihnen übersteigen bei weitem ihre eigenen Größen. Für ein solches Modell gilt der folgende Ausdruck:

PV=nRT.

Es wird Mendelejew-Clapeyron-Gesetz genannt. Wie Sie sehen, bezieht sich die Gleichung auf den Druck P, das Volumen V, die absolute Temperatur T und die Stoffmenge n. In der Formel ist R die Gaskonstante, numerisch gleich 8,314. Das geschriebene Gesetz heißt universell, weil es nicht von der chemischen Zusammensetzung des Systems abhängt.

Wenn drei thermodynamische Parameter bekannt sind - T, P, V und der Wert m des Systems, dann ist die Masse eines idealen Gasmoleküls m₁ nicht schwer zu bestimmen nach folgender Formel:

m₁=mRT/(N_APV).

Dieser Ausdruck kann auch als Gasdichte ρ und Boltzmann-Konstante k geschrieben werden_B:

m₁=ρk_BT/P.

Beispielaufgabe

Es ist bekannt, dass die Dichte einiger Gase 1,225 kg/m³³bei atmosphärischem Druck von 101325 Pa und einer Temperatur von 15 ^oC beträgt. Welche Masse hat ein Molekül? Von welchem Gas redest du?

Weil uns Druck, Dichte und Temperatur vorgegeben sindSystem, dann können Sie die im vorherigen Absatz erh altene Formel verwenden, um die Masse eines Moleküls zu bestimmen. Wir haben:

m₁=ρk_BT/P;

m₁ =1, 2251, 3810^-23288, 15/101325=4, 807 10^-26 kg.

Um die zweite Frage des Problems zu beantworten, suchen wir die Molmasse M des Gases:

M=m₁N_A;

M=4,80710^-266,0210²³=0,029 kg/mol.

Der erh altene Wert der Molmasse entspricht dem Gas Luft.