Поняття відносної маси відіграє ключову роль у галузі хімії, особливо коли ми заглиблюємося в мікроскопічне царство атомів і молекул. Він забезпечує спосіб кількісного визначення та порівняння маси атомів і молекул, які в іншому випадку занадто малі, щоб вимірювати безпосередньо за допомогою звичайних ваг. У цьому уроці ми дослідимо, що означає відносна маса, як вона визначається та її значення для розуміння атомного та молекулярного складу.
По суті, відносна маса — це безрозмірна величина, яка повідомляє нам, скільки важить один атом або молекула порівняно з іншими. Це порівняння зазвичай проводиться щодо ізотопу вуглецю-12, якому приписують відносну атомну масу рівно 12 одиниць. Завдяки цьому хіміки мають стандартну точку відліку для порівняння мас різних атомів і молекул. Існує дві ключові категорії відносної маси, які є ключовими в хімії: відносна атомна маса та відносна молекулярна маса.
Відносна атомна маса (Ar) елемента визначається як середня маса атомів елемента, враховуючи природну кількість його ізотопів, порівняно з 1/12 маси атома вуглецю-12. Математично це можна виразити так:
\(A_r = \frac{\textrm{середня маса атома елемента}}{\frac{1}{12}\times \textrm{маса атома вуглецю-12}}\)Наприклад, відносна атомна маса водню з урахуванням його ізотопів дорівнює приблизно 1,008. Це означає, що атом водню в середньому приблизно в 1,008 разів важчий за одну дванадцяту атома вуглецю-12.
Подібним чином відносна молекулярна маса (Mr) молекули є сумою відносних атомних мас атомів у цій молекулі. Якщо молекула складається з кількох атомів, ми просто складаємо відносні атомні маси кожного атома, щоб знайти відносну масу молекули. Це особливо корисно для молекул, які складаються з різних типів атомів. Наприклад, вода (H₂O) має відносну молекулярну масу приблизно 18,015 (2 x 1,008 для водню + 15,999 для кисню).
Моль — це одиниця, яку хіміки використовують для з’єднання мікроскопічного світу атомів і молекул із макроскопічним світом, який ми можемо спостерігати та вимірювати. Один моль будь-якої речовини містить рівно 6,022 x 10²³ частинок цієї речовини, будь то атоми, молекули, іони чи електрони. Це число відоме як число Авогадро. Маса одного моля речовини, виражена в грамах, дорівнює її відносній атомній або молекулярній масі. Це робить кроти дуже практичним способом вимірювання речовин у лабораторії.
Щоб обчислити кількість молей ( \(n\) ) у даній масі ( \(m\) ) речовини, ми використовуємо формулу:
\(n = \frac{m}{M_r}\)Де \(M_r\) — молярна маса речовини, яка чисельно дорівнює її відносній молекулярній масі, але виражається в грамах на моль (г/моль). Наприклад, щоб знайти кількість молей у 36 грамах води, ми використовуємо відносну молекулярну масу води (18,015 г/моль):
\(n = \frac{36}{18.015} \approx 2 \textrm{ родимки}\)Розуміння відносної маси та молей є основним у проведенні хімічних реакцій і експериментів. Наприклад, під час поєднання елементів для утворення сполук знання відносної маси елементів дозволяє хімікам змішувати їх у точних пропорціях, необхідних для реакції. Це гарантує, що всі реагенти споживаються повністю, без надлишку жодного реагенту.
Відносна маса, що охоплює як відносну атомну масу, так і відносну молекулярну масу, є критичним поняттям у хімії, яке полегшує порівняння, вимірювання та маніпулювання речовинами на атомному та молекулярному рівнях. Пов’язуючи ці мікроскопічні величини з макроскопічним світом через концепцію молей, хіміки можуть точно розрахувати та передбачити результати хімічних реакцій і процесів. Це розуміння є необхідним не лише для наукових досліджень, але й для практичних застосувань, таких як медицина, інженерія та екологія.
