Що таке молярна маса? Молярна маса в хімії та фізиці газів

Кожен школяр, який уважно вивчав таблицю Менделєєва, напевно зауважив, що, крім номера хімічного елемента, в ній присутня інформація про вагу його атома. У даній статті розглянемо, що таке молярна маса і де вона використовується.

Що таке моль?

Перш ніж відповісти на питання "що таке молярна маса", необхідно розібратися з такою важливою величиною в хімії, як моль.

У XIX столітті Амедео Авогадро, уважно вивчаючи закон Гей-Люссака для ідеальних газів при ізохорном процесі, прийшов до висновку, що в однакових обсягах різних речовин при ідентичних умовах (температура і тиск) міститься рівне число атомів або молекул. Ідеї Авогадро суперечили теоріям того часу про хімічну будову і поведінку газових субстанцій, тому вони були прийняті тільки через півстоліття.

На початку XX століття за допомогою більш сучасних технологій вдалося визначити кількість молекул водню в 2 грамах цього газу. Ця кількість отримала назву "молі". Сам термін був введений Вільгельмом Оствальдом, з латині він перекладається як "купа", "скупчення".

У 1971 році моль став однією з 7 основних одиниць вимірювання в системі СІ. В даний час під 1 молем розуміють таку кількість атомів кремнію, яке міститься в ідеальній сфері масою 0,028085 кг. Саме число частинок, відповідне 1 моль, називається числом Авогадро. Дорівнює воно приблизно 6,02*10²³.

Що таке молярна маса?

Тепер можна повернутися до теми статті. Моль і молярна маса - це дві взаємопов`язані величини. Під другою розуміють вагу одного моль будь-якої речовини. Очевидно, що тип хімічного елемента або склад молекули того чи іншого газу безпосередньо визначає молярну масу. Згідно з цим визначенням, можна записати наступний вираз:

M = m_a * N_A.

Де m_a - це маса одного атома, N_A - число Авогадро. Тобто для отримання величини M необхідно помножити вагу однієї частинки (молекули, атома, атомного кластера) на число Авогадро.

Як було зазначено у вступі статті, кожен елемент періодичної таблиці містить інформацію про його атомну масу. Вона являє собою вагу в грамах на моль. Очевидно, щоб отримати молярну масу в кг / моль, слід табличне значення розділити на 1000. Наприклад, для ніобію під номером 41 ми бачимо цифру 92,9, тобто 1 моль його атомів має вагу 92,9 грама.

Де використовується величина M в хімії?

Знаючи тепер, що таке молярна маса, розглянемо, де її застосовують в хімії.

Поняття кількості речовини і молярного ваги грає важливу роль при складанні хімічних реакцій, оскільки вони йдуть тільки при строгому співвідношенні реагентів. Для прикладу нижче наведена реакція згоряння водню з утворенням молекули води:

2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Видно, що 2 моль водню, які мають масу 4 грами, реагують без залишку з 1 моль кисню вагою 32 грами. В результаті утворюється 2 моль молекул води, з показником в 36 грамів. З цих цифр ясно, що в процесі хімічних перетворень маса зберігається. Насправді ж вага реагентів і продуктів перетворення трохи відрізняється. Ця невелика різниця пов`язана з тепловим ефектом реакції. Різницю в масах можна розрахувати, використовуючи формулу Ейнштейна для зв`язку ваги та енергії.

У хімії поняття молярної маси також тісно пов`язане з однойменною концентрацією. Зазвичай тверді речовини, які розчиняються в рідинах, характеризують кількістю молей в одному літрі, тобто молярною концентрацією.

Важливо розуміти, що розглянута величина є постійною тільки для даного хімічного елемента або конкретної сполуки, наприклад, для H₂ вона дорівнює 2 г/моль, а для O₃ - 48 г/моль. Якщо її значення для однієї сполуки більше, ніж для іншої, то це означає, що сама елементарна частинка першої речовини має більшу масу, ніж другої.

Гази та їх молярний об`єм

Молярна маса також пов`язана з фізикою ідеальних газів. Зокрема, їй користуються під час визначення обсягу газової системи при конкретних зовнішніх умовах, якщо відома кількість речовини.

Ідеальні гази описуються рівнянням Клапейрона-Менделєєва, яке має вигляд:

P * V = n * R * T.

Тут n-це кількість речовини, яка з молярною масою пов`язана так:

n = m / M.

Обсяг газу можна визначити, якщо відомі його m, температура T і тиск P, за такою формулою:

V = m * R * T / (M * P).

Молярним об`ємом називається такий, який при 0 ^oC і тиску в одну атмосферу займає 1 моль будь-якого газу. З формули вище можна розрахувати цю величину, вона становить 22,4 літра.