Молекулын массыг тооцоолох томьёо, бодлогын жишээ

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Бидний эргэн тойрон дахь бие нь атом, молекулуудаас бүрддэг гэдгийг хүн бүр мэддэг. Тэд өөр өөр хэлбэр, бүтэцтэй байдаг. Хими, физикийн асуудлыг шийдвэрлэхдээ ихэвчлэн молекулын массыг олох шаардлагатай болдог. Энэ нийтлэлд энэ асуудлыг шийдвэрлэх хэд хэдэн онолын аргыг авч үзье.

Ерөнхий мэдээлэл

Молекулын массыг хэрхэн олох талаар бодохоосоо өмнө уг ойлголттой танилцах хэрэгтэй. Энд зарим жишээ байна.

Молекулыг ихэвчлэн нэг буюу өөр төрлийн химийн холбоогоор өөр хоорондоо нэгдсэн атомуудын багц гэж нэрлэдэг. Түүнчлэн, тэдгээрийг янз бүрийн физик, химийн процессуудад бүхэлд нь авч үзэх ёстой. Эдгээр холбоо нь ион, ковалент, металл эсвэл ван дер Ваальс байж болно.

Мэдэгдэж байгаа усны молекул нь H₂O гэсэн химийн томьёотой. Түүний доторх хүчилтөрөгчийн атом нь хоёр устөрөгчийн атомтай туйлын ковалент холбоогоор холбогддог. Энэ бүтэц нь шингэн ус, мөс, уурын физик, химийн олон шинж чанарыг тодорхойлдог.

Байгалийн хийн метан бол молекул бодисын өөр нэг тод төлөөлөгч юм. Түүний хэсгүүд үүсдэгнүүрстөрөгчийн атом ба дөрвөн устөрөгчийн атом (CH₄). Сансарт молекулууд нь төв хэсэгт нүүрстөрөгчтэй тетраэдр хэлбэртэй байдаг.

Агаар нь хийн нийлмэл холимог бөгөөд голчлон хүчилтөрөгчийн молекулууд O₂ ба азотын N₂-аас бүрддэг. Энэ хоёр төрлийг хүчтэй хос ба гурвалсан ковалент туйлшгүй холбоогоор холбодог бөгөөд энэ нь тэднийг химийн хувьд өндөр идэвхгүй болгодог.

Молекулын массыг молийн массаар нь тодорхойлох

Химийн элементүүдийн үелэх систем нь маш их хэмжээний мэдээллийг агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн дотор атомын массын нэгжүүд (аму) байдаг. Жишээлбэл, устөрөгчийн атомын аму нь 1, хүчилтөрөгчийн атом нь 16. Эдгээр тоо тус бүр нь харгалзах элементийн 1 моль атом агуулсан системд агуулагдах массыг граммаар илэрхийлдэг. 1 моль бодисын хэмжээг хэмжих нэгж нь Avogadro тоо N_A-д тохирох систем дэх бөөмсийн тоо бөгөөд энэ нь 6.0210^{-тэй тэнцүү гэдгийг санаарай. 23}.

Молекулыг авч үзэхдээ аму биш, молекул жин гэсэн ойлголтыг ашигладаг. Сүүлийнх нь a.m.u-ийн энгийн нийлбэр юм. молекулыг бүрдүүлдэг атомуудын хувьд. Жишээлбэл, H₂O-ийн молийн масс 18 г/моль, харин O₂ 32 г/моль байх болно. Ерөнхий ойлголттой бол та тооцооллыг үргэлжлүүлж болно.

М молийн массыг m₁ молекулын массыг тооцоолоход ашиглахад хялбар. Үүнийг хийхийн тулд энгийн томъёог ашиглана уу:

m₁=М/N_A.

Зарим ажилдсистемийн масс m ба түүнд агуулагдах бодисын хэмжээ n-ийг өгч болно. Энэ тохиолдолд нэг молекулын массыг дараах байдлаар тооцоолно:

m₁=m/(nN_A).

Хамгийн тохиромжтой бензин

Энэ ойлголтыг ийм хий гэж нэрлэдэг бөгөөд молекулууд нь янз бүрийн чиглэлд өндөр хурдтайгаар санамсаргүй хөдөлдөг, хоорондоо харилцан үйлчлэлцдэггүй. Тэдний хоорондох зай нь өөрсдийн хэмжээнээс хамаагүй давж гардаг. Ийм загварын хувьд дараах илэрхийлэл үнэн байна:

PV=nRT.

Менделеев-Клапейроны хууль гэж нэрлэдэг. Таны харж байгаагаар тэгшитгэл нь P даралт, V эзэлхүүн, абсолют температур T болон n бодисын хэмжээг хамааруулж байна. Томъёонд R нь хийн тогтмол, тоон хувьд 8.314-тэй тэнцүү. Бичигдсэн хууль нь системийн химийн найрлагаас хамаардаггүй тул бүх нийтийн гэж нэрлэгддэг.

Хэрэв гурван термодинамик параметр мэдэгдэж байгаа бол - T, P, V ба системийн утга m бол идеал хийн молекулын массыг m₁тодорхойлоход хэцүү биш. дараах томъёогоор:

m₁=mRT/(N_APV).

Энэ илэрхийллийг мөн хийн нягтын ρ болон Больцман тогтмол k_B:

-аар бичиж болно.

m₁=ρk_BT/P.

Жишээ асуудал

Агаар мандлын даралт 101325 Па, температур 15 ^oC үед зарим хийн нягт нь 1.225 кг/м³ гэдгийг мэддэг.. Молекулын масс хэд вэ? Та ямар бензин яриад байна вэ?

Бидэнд даралт, нягтрал, температур өгөгдсөн учраассистем, дараа нь та нэг молекулын массыг тодорхойлохын тулд өмнөх догол мөрөнд олж авсан томъёог ашиглаж болно. Бидэнд:

m₁=ρk_BT/P;

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

Бодлогын хоёр дахь асуултанд хариулахын тулд хийн М молийн массыг олъё:

M=m₁N_A;

M=4.80710^-266.0210²³=0.029 кг/моль.

Олж авсан молийн массын утга нь хийн агаартай тохирч байна.