Cum să găsiți masa moleculară

Masa moleculară este o proprietate fizică a substanțelor. Este foarte util în analizarea, compararea și prezența altor proprietăți fizice și chimice, cum ar fi densitatea, punctul de topire, punctul de fierbere și cantitatea de substanță care reacționează cu o altă substanță într-un sistem. Există mai multe metode pentru a calcula masa molară. Unele dintre aceste metode includ utilizarea ecuației directe, adăugarea masei atomice a diferitelor elemente într-un compus și utilizarea deprecierii punctului de fierbere sau depresiei punctului de îngheț. Unele dintre aceste metode importante vor fi discutate concis în acest articol. 

Domenii cheie acoperite

1. Ce este Molar Mass
      - Definiție, ecuație pentru calcul, explicație
2. Cum să găsiți masa moleculară
      - Metode de determinare a masei moleculare
3.Care este importanța cunoașterii masei moleculare a unei substanțe
      - Aplicații ale Massului Molar

Termeni cheie: numărul Avogadro, punctul de fierbere, Calusius-Clapeyron, constantul crioscopic, constantul ebullioscopic, punctul de îngheț, punctul de topire, molitatea, masa molară, greutatea moleculară, presiunea osmotică, masa atomică relativă

Ce este Molar Mass

Masa moleculară este masa unui mol de substanță particulară. Unitatea cea mai frecvent utilizată pentru masa molară a unei substanțe este gmol^-1. Cu toate acestea, unitatea SI pentru masa molară este kgmol^-1 (sau kg / mol). Masa molară poate fi calculată utilizând următoarea ecuație.

Masa moleculară = masa substanței (Kg) / cantitatea de substanță (mol)

Mole sau mol este unitatea utilizată pentru a măsura cantitatea unei substanțe. Un mol de substanță este egal cu un număr foarte mare, 6,023 x 10²³ de atomi (sau molecule) din care este fabricată substanța. Acest număr este numit numărul lui Avogadro. Este o constantă deoarece, indiferent de tipul atomului, o moli este egală cu acea cantitate de atomi (sau molecule). Prin urmare, masa molară poate fi dată unei noi definiții, adică masa molară este masa totală de 6.023 x 10²³ atomi (sau molecule) ale unei substanțe particulare. Pentru a evita confuzia, aruncați o privire la următorul exemplu.

• Compusul A este compus din molecule A.
• Compusul B este compus din molecule B.
• Un mol de compus A este compus din 6,023 x 10²³ de molecule A.
• Un mol de compus B este compus din 6,023 x 10²³ din moleculele B.
• Masa moleculară a compusului A este suma masei de 6,023 x 10²³ O molecule.
• Masa moleculară a compusului B este suma masei de 6,023 x 10²³ B molecule.

Acum putem aplica acest lucru pentru substanțele reale. Un mol de H₂O este compus din 6,023 x 10²³ H₂O molecule. Masa totală de 6.023 x 10²³ H₂O este de aproximativ 18 g. Prin urmare, masa molară a H₂O este de 18 g / mol.

Cum să găsiți masa moleculară

Masa molară a unei substanțe poate fi calculată utilizând mai multe metode, cum ar fi;

1. Folosind masele atomice
2. Utilizând ecuația pentru calculul masei moleculare
3. De la înălțimea punctului de fierbere
4. De la depresia punctului de îngheț
5. Din presiunea osmotică

Aceste metode sunt discutate în detaliu mai jos.

Utilizarea masei atomice

Masa molară a unei molecule poate fi determinată utilizând masele atomice. Acest lucru se poate face simplu prin adăugarea de mase moleculare ale fiecărui atom prezent. Masa moleculară a unui element este dată în continuare.

Masa moleculară a unui element = masa atomică relativă x constanta de masă molară (g / mol)

Masa atomică relativă este masa unui atom relativ la masa atomului Carbon-12 și nu are unități. Această relație poate fi dată după cum urmează.

Greutatea moleculară a A = masa unei molecule de A / [masa unui atom de carbon-12 x (1/12)]

Să luăm în considerare următoarele exemple pentru a înțelege această tehnică. Următoarele sunt calculele pentru compușii cu același atom, combinația mai multor atomi diferiți și combinația unui număr mare de atomi.

• Masa molară a H₂

o Tipuri de atomi prezenți = Două atomi H
o Masele atomice relative = 1,00794 (H)
o Masa molară a fiecărui atom = 1,00794 g / mol (H)
o Masa moleculară a compusului = (2 x 1,00794) g / mol
                                                   = 2,01588 g / mol

• Masa molară de HCI

o Tipuri de atomi prezenți = un atom de H și un atom de Cl
o Masele atomice relative = 1,00794 (H) + 35,453 (CI)
o Masa molară a fiecărui atom = 1,00794 g / mol (H) + 35,453 g / mol (CI)
o Masa moleculară a compusului = (1 x 1,00794) + (1 x 35,453) g / mol
                                                   = 36,46094 g / mol

• Masa molară a C₆H₁₂O₆

o Tipuri de atomi prezenți = 6 atomi de C, 12 atomi de H și 6 O atom de Cl
o Masele atomice relative = 12,0107 (C) + 1,00794 (H) + 15,999 (O)
o Masa molară a fiecărui atom = 12,0107 g / mol + 1,00794 g / mol (H) + 15,999 g / mol (O)
o Masa moleculară a compusului = (6 x 12,0107) + (12 x 1,00794) + (6 x 15,999) g / mol
                                                   = 180,15488 g / mol

Utilizând ecuația

Masa molară poate fi calculată folosind ecuația dată mai jos. Această ecuație este utilizată pentru a determina un compus necunoscut. Luați în considerare următorul exemplu.

Masa moleculară = masa substanței (kg) / cantitatea de substanță (mol)

• Compusul D este într-o soluție. Detaliile sunt date după cum urmează.
  • Compusul D este o bază puternică.
  • Se poate elibera un H⁺ ion pe moleculă.
  • Soluția compusului D a fost realizată folosind 0,599 g de compus D.
  • Reacționează cu HCI în raport de 1: 1

Apoi, determinarea se poate face printr-o titrare bazată pe acid. Deoarece este o bază puternică, se titrează soluția cu un acid puternic (Ex: HCl, 1,0 mol / L) în prezența indicatorului fenolftaleinei. Schimbarea culorii indică punctul final (Ex: când se adaugă 15,00 ml HCI) din titrare și acum toate moleculele bazei necunoscute se titrează cu acidul adăugat. Apoi, masa molară a compusului necunoscut poate fi determinată după cum urmează.

o Cantitatea de acid reacționată = 1,0 mol / L x 15,00 x 10-3 L
                                                                          = 1,5 x 10-2 mol
o Prin urmare, cantitatea de bază reacționată = 1,5 x 10-2 mol
o Masa molară a compusului D = 0,599 g / 1,5 x 10-2 mol
                                                                          = 39,933 g / mol
o Apoi compusul necunoscut D poate fi prezis ca NaOH. (Dar pentru a confirma acest lucru, ar trebui să facem o analiză suplimentară).

De la înălțimea punctului de fierbere

Valoarea punctului de fierbere este fenomenul care descrie că adăugarea unui compus la un solvent pur ar mări punctul de fierbere al acestui amestec la un punct de fierbere mai ridicat decât cel al solventului pur. Prin urmare, masa molară a compusului adăugat poate fi găsită utilizând diferența de temperatură dintre două puncte de fierbere. Dacă punctul de fierbere al solventului pur este T_solvent iar punctul de fierbere al soluției (cu compusul adăugat) este T_soluţie, diferența dintre două puncte de fierbere poate fi dată ca mai jos.

ΔT = T_soluţie - T_solvent

Cu ajutorul relației Clausius-Clapeyron și a legii lui Raoult, putem obține o relație între ΔT și molalitatea soluției. 

ΔT = K_b . M

Unde K_b este constanta ebullioscopică și depinde numai de proprietățile solventului și M este molitatea

Din ecuația de mai sus, putem obține o valoare pentru molonalitatea soluției. Deoarece cantitatea de solvent utilizată pentru prepararea acestei soluții este cunoscută, putem găsi valoarea pentru moli de compus adăugat.

Molitatea = mii de compus adăugat (mol) / masa solventului pur utilizat (kg)

Acum, când cunoaștem moli de compus în soluție și masa compusului adăugat, putem determina masa molară a compusului.

Masa moleculară = masa compusului (g) / moli de compus (mol)

Figura 01: Ridicarea punctului de fierbere și depresiunea punctului de îngheț

De la Depresiunea punctului de îngheț

Punctul de îngheț depresie este opusul înălțimii punctului de fierbere. Uneori, când un compus este adăugat la un solvent, punctul de îngheț al soluției este scăzut decât cel al solventului pur. Apoi ecuațiile de mai sus sunt puțin modificate.

ΔT = T_soluţie - T_solvent

Valoarea ΔT este o valoare minus deoarece punctul de fierbere este acum mai mic decât valoarea inițială. Modalitatea soluției poate fi obținută la fel ca în metoda de creștere a punctului de fierbere.

ΔT = K_f . M

Aici, K_f  este cunoscută ca constanta crioscopică. Aceasta depinde numai de proprietățile solventului.

Restul calculelor sunt aceleași ca în metoda de înălțare a punctului de fierbere. Aici, molii compusului adăugat pot fi de asemenea calculați folosind ecuația de mai jos.

Molitatea = mii de compus (mol) / masa solventului utilizat (kg)

Apoi, masa molară poate fi calculată folosind valoarea pentru moli de compus adăugat și masa de compus adăugată.

Masa moleculară = masa compusului (g) / moli de compus (mol)

De la presiunea osmotică

Presiunea osmotică este presiunea necesară pentru a se evita trecerea unui solvent pur la o soluție dată prin osmoză. Presiunea osmotică poate fi dată în ecuația de mai jos.

Π = MRT

Unde, Π este presiunea osmotică,
             M este molaritatea soluției
             R este constanta gazului universal
             T este temperatura

Molaritatea soluției este dată de următoarea ecuație.

Molaritate = mii de compus (mol) / volum de soluție (L)

Volumul soluției poate fi măsurat și molaritatea poate fi calculată ca mai sus. Prin urmare, mii de compus din soluție pot fi măsurați. Apoi poate fi determinată masa molară.

Masa moleculară = masa compusului (g) / moli de compus (mol)

Care este importanța cunoașterii masei moleculare a unei substanțe

• Masele moleculare de compuși diferiți pot fi utilizați pentru a compara punctele de topire și punctele de fierbere ale acestor compuși.
• Masa moleculară este utilizată pentru a determina procentele de masă ale atomilor prezenți într-un compus.
• Masa moleculară este foarte importantă în reacțiile chimice pentru a afla cantitățile unui anumit reactant care a reacționat sau pentru a găsi cantitatea de produs care poate fi obținută.
• Cunoașterea masei moleculare este foarte importantă înainte de a fi proiectat un experiment experimental.

rezumat

Există mai multe metode pentru a calcula masa molară a unui compus dat. Cea mai ușoară cale printre ele este adăugarea de mase moleculare de elemente prezente în acest compus.

Referințe:

1. "Mole". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 24 aprilie 2017. Web. Disponibil aici. 22 iunie 2017. 
2. Helmenstine, Anne Marie. "Cum se calculează masa moleculară" ThoughtCo. N.p., n.d. Web. Disponibil aici. 22 iunie 2017.
3. Robinson, Bill. "Determinarea masei moleculare" Chem.purdue.edu. N.p., n.d. Web. Disponibil aici. 22 iunie 2017.
4. "Depresia punctului de îngheț." Chemistry LibreTexts. Libretexts, 21 iulie 2016. Web. Disponibil aici 22 iunie 2017. 

Datorită fotografiei:

1. "Depresia punctului de îngheț și altitudinea punctului de fierbere" de Tomas er - Activitate proprie (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons