Pojęcie masy względnej odgrywa kluczową rolę w chemii, szczególnie gdy zagłębiamy się w mikroskopijną sferę atomów i cząsteczek. Umożliwia ilościowe określenie i porównanie mas atomów i cząsteczek, które w innym przypadku byłyby zbyt małe, aby można je było zmierzyć bezpośrednio za pomocą konwencjonalnych wag. Podczas tej lekcji zbadamy, co oznacza masa względna, jak jest zdefiniowana i jakie ma znaczenie w zrozumieniu składu atomowego i molekularnego.
W istocie masa względna jest bezwymiarową wielkością, która mówi nam, ile waży jeden atom lub cząsteczka w porównaniu do drugiej. Porównania tego zwykle dokonuje się w odniesieniu do izotopu węgla-12, któremu przypisuje się względną masę atomową wynoszącą dokładnie 12 jednostek. W ten sposób chemicy mają standardowy punkt odniesienia do porównywania mas różnych atomów i cząsteczek. Istnieją dwie kluczowe kategorie masy względnej, które są kluczowe w chemii: względna masa atomowa i względna masa cząsteczkowa.
Względną masę atomową (Ar) pierwiastka definiuje się jako średnią masę atomów pierwiastka, biorąc pod uwagę naturalną liczebność jego izotopów, w porównaniu z 1/12 masy atomu węgla-12. Matematycznie można to wyrazić jako:
\(A_r = \frac{\textrm{średnia masa atomu pierwiastka}}{\frac{1}{12}\times \textrm{masa atomu węgla-12}}\)Na przykład względna masa atomowa wodoru, biorąc pod uwagę jego izotopy, wynosi około 1,008. Oznacza to, że atom wodoru jest średnio około 1,008 razy cięższy od jednej dwunastej atomu węgla-12.
Podobnie względna masa cząsteczkowa (Mr) cząsteczki jest sumą względnych mas atomowych atomów w tej cząsteczce. Jeśli cząsteczka składa się z wielu atomów, po prostu dodajemy względne masy atomowe każdego atomu, aby znaleźć względną masę cząsteczki. Jest to szczególnie przydatne w przypadku cząsteczek składających się z różnych typów atomów. Na przykład woda (H₂O) ma względną masę cząsteczkową około 18,015 (2 x 1,008 dla wodoru + 15,999 dla tlenu).
Kret to jednostka używana przez chemików do łączenia mikroskopijnego świata atomów i cząsteczek ze światem makroskopowym, który możemy obserwować i mierzyć. Jeden mol dowolnej substancji zawiera dokładnie 6,022 x 10²³ cząstek tej substancji, niezależnie od tego, czy są to atomy, cząsteczki, jony czy elektrony. Liczba ta znana jest jako liczba Avogadro. Masa jednego mola substancji wyrażona w gramach jest równa jej względnej masie atomowej lub cząsteczkowej. Dzięki temu krety są bardzo praktycznym sposobem pomiaru substancji w laboratorium.
Aby obliczyć liczbę moli ( \(n\) ) w danej masie ( \(m\) ) substancji, używamy wzoru:
\(n = \frac{m}{M_r}\)Gdzie \(M_r\) jest masą molową substancji, która jest liczbowo równa jej względnej masie cząsteczkowej, ale wyrażana jest w gramach na mol (g/mol). Na przykład, aby znaleźć liczbę moli w 36 gramach wody, używamy względnej masy cząsteczkowej wody (18,015 g/mol):
\(n = \frac{36}{18.015} \approx 2 \textrm{ mole}\)Zrozumienie masy względnej i liczby moli ma fundamentalne znaczenie w przeprowadzaniu reakcji chemicznych i eksperymentów. Na przykład podczas łączenia pierwiastków w związki znajomość względnych mas pierwiastków pozwala chemikom mieszać je w dokładnych proporcjach niezbędnych do reakcji. Zapewnia to całkowite zużycie wszystkich reagentów, bez nadmiaru któregokolwiek z reagentów.
Masa względna, obejmująca zarówno względną masę atomową, jak i względną masę cząsteczkową, jest kluczowym pojęciem w chemii, które ułatwia porównywanie, pomiary i manipulowanie substancjami na poziomie atomowym i molekularnym. Łącząc te mikroskopijne wielkości ze światem makroskopowym za pomocą koncepcji moli, chemicy mogą precyzyjnie obliczać i przewidywać wyniki reakcji i procesów chemicznych. Zrozumienie tego jest niezbędne nie tylko w badaniach naukowych, ale także w zastosowaniach praktycznych, takich jak medycyna, inżynieria i nauki o środowisku.
