Koncept relativne mase igra ključnu ulogu u polju kemije, osobito kada zaronimo u mikroskopsko područje atoma i molekula. Omogućuje način kvantifikacije i usporedbe mase atoma i molekula, koji su inače premali za izravno mjerenje konvencionalnim vagama. U ovoj lekciji ćemo istražiti što znači relativna masa, kako je definirana i njen značaj u razumijevanju atomskog i molekularnog sastava.
U biti, relativna masa je bezdimenzijska veličina koja nam govori koliko je jedan atom ili molekula teška u usporedbi s drugom. Ova se usporedba obično provodi s obzirom na izotop ugljik-12, kojemu je pripisana relativna atomska masa od točno 12 jedinica. Na taj način kemičari imaju standardnu referentnu točku za usporedbu masa različitih atoma i molekula. Dvije su ključne kategorije relativne mase koje su ključne u kemiji: relativna atomska masa i relativna molekularna masa.
Relativna atomska masa (Ar) elementa definirana je kao prosječna masa atoma elementa, uzimajući u obzir prirodnu zastupljenost njegovih izotopa, u usporedbi s 1/12 mase atoma ugljika-12. Matematički se može izraziti kao:
\(A_r = \frac{\textrm{prosječna masa atoma elementa}}{\frac{1}{12}\times \textrm{masa atoma ugljika-12}}\)Na primjer, relativna atomska masa vodika, s obzirom na njegove izotope, iznosi približno 1,008. To znači da je atom vodika u prosjeku oko 1,008 puta teži od jedne dvanaestine atoma ugljika-12.
Slično tome, relativna molekularna masa (Mr) molekule je zbroj relativnih atomskih masa atoma u toj molekuli. Ako se molekula sastoji od više atoma, jednostavno zbrojimo relativne atomske mase svakog atoma da bismo pronašli relativnu masu molekule. Ovo je osobito korisno za molekule koje se sastoje od različitih vrsta atoma. Na primjer, voda (H₂O) ima relativnu molekulsku masu od približno 18,015 (2 x 1,008 za vodik + 15,999 za kisik).
Mol je jedinica koju kemičari koriste za premošćivanje mikroskopskog svijeta atoma i molekula s makroskopskim svijetom koji možemo promatrati i mjeriti. Jedan mol bilo koje tvari sadrži točno 6,022 x 10²³ čestica te tvari, bilo da se radi o atomima, molekulama, ionima ili elektronima. Ovaj broj je poznat kao Avogadrov broj. Masa jednog mola tvari, izražena u gramima, jednaka je njezinoj relativnoj atomskoj ili molekularnoj masi. To čini madeže vrlo praktičnim načinom mjerenja tvari u laboratoriju.
Za izračun broja molova ( \(n\) ) u danoj masi ( \(m\) ) tvari koristimo se formulom:
\(n = \frac{m}{M_r}\)Gdje je \(M_r\) molarna masa tvari, koja je numerički jednaka njenoj relativnoj molekulskoj masi, ali je izražena u gramima po molu (g/mol). Na primjer, da bismo pronašli broj molova u 36 grama vode, koristimo relativnu molekulsku masu vode (18,015 g/mol):
\(n = \frac{36}{18.015} \approx 2 \textrm{ madeži}\)Razumijevanje relativne mase i molova temeljno je u provođenju kemijskih reakcija i eksperimenata. Na primjer, kada se elementi kombiniraju u spojeve, poznavanje relativnih masa elemenata omogućuje kemičarima da ih miješaju u točnim omjerima potrebnim za reakciju. Ovo osigurava da su svi reaktanti u potpunosti potrošeni, bez viška bilo kojeg reaktanta.
Relativna masa, koja obuhvaća i relativnu atomsku masu i relativnu molekularnu masu, ključni je koncept u kemiji koji olakšava usporedbu, mjerenje i manipulaciju tvarima na atomskoj i molekularnoj razini. Povezivanjem ovih mikroskopskih veličina s makroskopskim svijetom kroz koncept molova, kemičari mogu precizno izračunati i predvidjeti ishode kemijskih reakcija i procesa. Ovo razumijevanje nije neophodno samo za znanstveno istraživanje, već i za praktične primjene kao što su medicina, inženjerstvo i znanost o okolišu.
