Понятие относительной массы играет ключевую роль в области химии, особенно когда мы углубляемся в микроскопическую сферу атомов и молекул. Он дает возможность количественно оценить и сравнить массу атомов и молекул, которые в противном случае слишком малы, чтобы их можно было измерить напрямую с помощью обычных весов. В этом уроке мы рассмотрим, что означает относительная масса, как она определяется и ее значение для понимания атомного и молекулярного состава.
По сути, относительная масса — это безразмерная величина, которая говорит нам, сколько весит один атом или молекула по сравнению с другим. Это сравнение обычно проводится в отношении изотопа углерода-12, относительная атомная масса которого равна ровно 12 единицам. Таким образом, химики получают стандартную точку отсчета для сравнения масс различных атомов и молекул. Есть две ключевые категории относительной массы, которые имеют решающее значение в химии: относительная атомная масса и относительная молекулярная масса.
Относительная атомная масса (Ar) элемента определяется как средняя масса атомов элемента с учетом естественного содержания его изотопов по сравнению с 1/12 массы атома углерода-12. Математически это можно выразить так:
\(A_r = \frac{\textrm{средняя масса атома элемента}}{\frac{1}{12}\times \textrm{масса атома углерода-12}}\)Например, относительная атомная масса водорода с учетом его изотопов составляет примерно 1,008. Это означает, что атом водорода в среднем примерно в 1,008 раза тяжелее одной двенадцатой атома углерода-12.
Точно так же относительная молекулярная масса (Mr) молекулы представляет собой сумму относительных атомных масс атомов в этой молекуле. Если молекула состоит из нескольких атомов, мы просто складываем относительные атомные массы каждого атома, чтобы найти относительную массу молекулы. Это особенно полезно для молекул, состоящих из атомов разных типов. Например, вода (H₂O) имеет относительную молекулярную массу примерно 18,015 (2 x 1,008 для водорода + 15,999 для кислорода).
Моль — это единица, которую химики используют, чтобы соединить микроскопический мир атомов и молекул с макроскопическим миром, который мы можем наблюдать и измерять. В одном моле любого вещества содержится ровно 6,022 x 10²³ частиц этого вещества, будь то атомы, молекулы, ионы или электроны. Это число известно как число Авогадро. Масса одного моля вещества, выраженная в граммах, равна его относительной атомной или молекулярной массе. Это делает кроты очень практичным способом измерения веществ в лаборатории.
Для расчета количества молей ( \(n\) ) в заданной массе ( \(m\) ) вещества воспользуемся формулой:
\(n = \frac{m}{M_r}\)Где \(M_r\) — молярная масса вещества, численно равная его относительной молекулярной массе, но выраженная в граммах на моль (г/моль). Например, чтобы найти количество молей в 36 граммах воды, мы используем относительную молекулярную массу воды (18,015 г/моль):
\(n = \frac{36}{18.015} \approx 2 \textrm{ родинки}\)Понимание относительной массы и молей имеет основополагающее значение при проведении химических реакций и экспериментов. Например, при объединении элементов в соединения знание относительных масс элементов позволяет химикам смешивать их в точных пропорциях, необходимых для реакции. Это гарантирует полное израсходование всех реагентов без избытка какого-либо одного реагента.
Относительная масса, охватывающая как относительную атомную массу, так и относительную молекулярную массу, является важнейшим понятием в химии, которое облегчает сравнение, измерение и манипулирование веществами на атомном и молекулярном уровнях. Связав эти микроскопические величины с макроскопическим миром посредством концепции «кротов», химики могут точно рассчитывать и предсказывать результаты химических реакций и процессов. Это понимание важно не только для научных исследований, но и для практических применений, таких как медицина, инженерное дело и наука об окружающей среде.
