Podstawowe pojęcia i prawa w chemii

Mol, Masa molowa, bezwzględna masa atomu i cząsteczki

Mol jest jednostką ilości, tak jak tuzin (12 szt.) mendel (15 szt.) czy kopa (60 szt.). Współcześnie mol definiuje się jako liczbę atomów, jonów, cząsteczek, wolnych rodników, cząstek elementarnych lub grup atomów równą liczbie atomów zawartych w dokładnie 0,012kg (12g) czystego nuklidu ¹²C. W tej ilości węgla znajduje się 6,023^.10²³ atomów węgla ¹²C. Liczba ta nazywana jest stałą Avogadro.

Trudno posługiwać się tak wielką liczbą, dlatego zamiast tej liczby funkcjonuje pojęcie mola, części mola lub jego wielokrotności. Mol jest zatem jednostką ilości materii. ciekwie wytłumaczone pojęcie mola

Masa molowa jest to masa jednego mola materii. Jednostką masy molowej jest kg/mol.

• Bezwzględna Masa atomowa i względna masa atomowa

Najlżejszy atom, atom wodoru waży 1,673.10-27kg. Masa taka nazywana jest masą bezwzględną atomu. Jest to masa niewyobrażalnie mała, dodatkowo bardzo niewygodna w użyciu. Dlatego chemicy nie posługują się masami bezwzględnymi atomów. Dawniej masa bezwzględna atomu wodoru posłużyła chemikom do zbudowania wzorca mas atomowych. Masą atomową (względną masą atomową) nazywano liczbę wskazującą ile razy dany atom jest cięższy od atomu wodoru. Obecnie za wzorzec jednostki masy atomowej przyjmuje się 1/12 część masy nuklidu 12C.. Oznaczeniem jednostki masy atomowej jest litera u.

Masą atomową pierwiastka jest zatem liczba wskazująca ile razy masa danego atomu jest większa od 1/12 masy węgla 12C.

Na szczęście mas tych nie potrzeba liczyć. W układzie okresowym pierwiastków można odnaleźć średnie masy atomowe każdego znanego pierwiastka (średnie, ponieważ pierwiastki są mieszaniną izotopów).

Masa cząsteczkowa oparta jest również na wzorcu węglowym:

Masa cząsteczkowa jest to liczba wskazująca ile razy masa cząsteczki jest większa od 1/12 masy nuklidu węgla 12C. Praktycznie masę cząsteczkową oblicza się sumując masy atomowe pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki z uwzględnieniem indeksów przy symbolach pierwiastków.

Oczywiście niemożliwe jest zważenie jednego atomu, czy jednej cząsteczki. Wartościi bezwzględnych mas atomowych otrzymano na drodze obliczeniowej, wychodząc z pojęcia mola. Zgodnie z definicją mola w 12g węgla ¹²C znajduje się N₀ (6,023^.10²³) nuklidów ¹²C. Stąd łatwo obliczyć masę jednego atomu ¹²C.

Masa atomowa i masa molowa pierwiastka są sobie liczbowo równe, różnią się jedynie jednostką: , po pomnożeniu licznika i mianownika przez N0(6,023.1023) otrzymamy (często masa molowa podawana jest w g/mol)

Zatem masy molowe pierwiastków znajdziemy również w układzie okresowym, a masy molowe związku obliczymy sumując masy molowe atomów wchodzących w skład związku z uwzględnieniem odpowiednich współczynników.

Zadanie 1

Podaj masy atomowe dla pierwiastków: H, N, Na, S, Pb, Li, Br, U.

Odp.

Masy atomowe znajdziemy bez problemu w układzie okresowym pierwiastków:
H - 1,01u;  N - 14,01u;  Na - 23u;  S - 32,07u;  Pb - 207,21u;  Li - 6,94u;  Br - 79,92u; U - 238,07u

Zadanie 2

Podaj masy cząsteczkowe: O₂; HCl; Na₂SO₄; PbSO₄, CH₃CH₂COOH; C₂H₆O, HNO₃; I₂.

Odp.

• cząsteczka tlenu składająca się z dwóch atomów tlenu M=2^.16u=32u
• cząsteczka chlorowodoru składa się z atomu wodoru i atomu chloru M=1,01u+35,46u=36,47u
• Na₂SO₄: 2 atomy sodu + atom siarki + 4 atomy tlenu M=2^.23u+32,07u+4^.16u=142,0
7u
• PbSO₄: atom ołowiu + atom siarki + 4 atomy tlenu M=207,21u+32,07u+4^.16u=303,28u
• CH₃CH₂COOH: 3 atomy węgla + 6 atomów wdoru + 2 atomy tlenu M=3^.12,01u+6^.1,01u+2^.16u=74,09u
• C₂H₆O: 2 atomy węgla + 6 atomów wodoru + 1 atom tlenu M=2^.12,01u+6^.1,01u+16u=46,08u
• HNO₃: 1 atom wodoru + 1 atom azotu + 3 atomy tlenu M=1,01u+14,01u+3^.16u=63,02u
• I₂: cząsteczka składa się z 2 atomów jodu M=2^.126,91u=253,82u

Ciekawoską jest, że jeżeli związek organiczny zawiera tylko atomy węgla, wodoru i tlenu, to ma zawsze parzystą masę cząsteczkową.

Zadanie 3

Podaj masy molowe dla: Cl₂; I₂; NaNO₃; Ar; K; H₂SO₄ H₃PO₄; K₂Cr₂O₇

Odp.

Masy molowe liczymy tak jak poprzednio masy atomowe czy cząsteczkowe. Jedyna różnica jest taka, że wynik podajemy w g/mol.

• Cl₂ cząsteczka składająca się z dwóch atomów chloru: M=2^.35,46g/mol=70,92g/mol
• I2 2 atomy jodu M=2.126,91g/mol=253,82g/mol
• NaNO3 – 1 atom sodu + 1 atom azotu + 3 atomy tlenu M=23g/mol+14,01g/mol+3^.16g/Mo=85,01g/mol
• Ar M=39,94g/mol
• K M=39,10g/mol
• H₂SO₄ M=2^.1,01g/mol+ 32,07g/mol+4^.16g/mol=98,09g/mol
• H₃PO₄ M=3^.1,01g/mol+30,98g/mol+4^.16g/mol=98,01g/mol
• K₂Cr₂O₇ M=2^.39,10g/mol+2^.52,01g/mol+7^.16g/mol=294,22g/mol

Zadanie 4

Obliczyć bezwzględną masę atomu tlenu, żelaza, ołowiu, oraz bezwzględne masy cząsteczek chloru, kwasu azotowego(III) i etanolu.

Odp.

Policzmy masy molowe, czyli masę 1 mola atomów (cząsteczek), a następnie podzielmy je przez mol (liczbę Avogadro).

• atom tlenu: M=16g/mol, m=16g/6,023^.10²³=2,66^.10^-23g = 2,66.10^-26kg
• atom żelaza: M=55,85g/mol, m=9,27^.10^-23g
• atom ołowiu: M=207,21g/mol, m=34,40^.10^-23g
• cząsteczka chloru: M=2.35,46g/mol=70,92g/mol, m=11,77^.10^-23g
• cząsteczka kwasu azotowego(III): M=1,01g/mol+14,01g/mol+3^.16g/mol=63,02g/mol, m=10,46^.10^-23g
• cząsteczka etanolu: M=6^.1,01g/mol+2^.12,01g/mol+16g/mol=46,08g/mol, m=7,65^.10^-23g