Как рассчитать абсолютную молекулярную массу. Атомно-молекулярное учение

Атомы имеют очень маленький размер и очень маленькую массу. Если выражать массу атома какого-нибудь химического элемента в граммах, то это будет число перед которым находится более двадцати нулей после запятой. Поэтому измерять массу атомов в граммах неудобно.

Однако, если принять какую-либо очень малую массу за единицу, то все остальные малые массы можно выражать как отношение к этой единицы. В качестве единицы измерения массы атома была выбрана 1/12 часть массы атома углерода.

1/12 часть массы атома углерода называют атомной единицей массы (а. е. м.).

Относительной атомной массой является величина, равная отношению реальной массы атома конкретного химического элемента к 1/12 реальной массы атома углерода. Это безразмерная величина, так как делятся две массы.

A r = m ат. / (1/12)m угл.

Однако абсолютная атомная масса равна относительной по значению и имеет единицу измерения а.е.м.

То есть относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса конкретного атома больше 1/12 атома углерода. Если у атома A r = 12, значит его масса в 12 раз больше 1/12 массы атома углерода, или, другими словами, в нем 12 атомных единиц массы. Такое может быть только у самого углерода (C). У атома водорода (H) A r = 1. Это значит, что его масса равна массе 1/12 части от массы атома углерода. У кислорода (O) относительная атомная масса равна 16 а.е.м. Это значит, что атом кислорода в 16 раз массивнее 1/12 атома углерода, в нем 16 атомных единиц массы.

Самый легкий элемент - это водород. Его масса примерно равна 1 а.е.м. У самых тяжелых атомов масса приближается к 300 а.е.м.

Обычно для каждого химического элемента его значение абсолютной массы атомов, выраженных через а. е. м. округляют.

Значение атомных единиц массы записаны в таблице Менделеева.

Для молекул используется понятие относительной молекулярной массы (M r) . Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Но поскольку масса молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, то относительную молекулярную массу можно найти, просто сложив относительные массы этих атомом. Например, в молекулу воды (H 2 O) входят два атома водорода с A r = 1 и один атом кислорода с A r = 16. Следовательно, Mr(Н 2 O) = 18.

Ряд веществ имеет немолекулярное строение, например металлы. В таком случае их относительную молекулярную массу считают равной их относительной атомной массе.

В химии важным является величина, которая называется массовая доля химического элемента в молекуле или веществе. Она показывает, какая часть относительной молекулярной массы приходится на данный элемент. Например, в воде на водород приходится 2 доли (так как два атома), а на кислород 16. То есть, если смешать водород массой 1 кг и кислород массой 8 кг, то они прореагируют без остатка. Массовая доля водорода равна 2/18 = 1/9, а массовая доля кислорода 16/18 = 8/9.

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м. Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов). Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.

Число Авогадро ди Кваренья (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 1023. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1).

Сколько молекул содержится в 6,4 г серы?

Молекулярная масса серы равна 32 г /моль. Определяем количество г/моль вещества в 6,4 г серы:

n(s) = m(s) / M(s) = 6,4г / 32 г/моль = 0,2 моль

Определим число структурных единиц (молекул), используя постоянную Авогадро NA N(s) = n(s) NA = 0,2 6,02 1023 = 1,2 1023

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M).

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая - безразмерная.

M = NA m(1 молекула) = NA Mr 1 а.е.м. = (NA 1 а.е.м.) Mr = Mr

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г) Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 --> 2NaCl, означает, что два атома натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия реагируют с одним молем хлора.

Закон сохранения массы веществ.

(М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789 г.)

Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктов реакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи.

В начале 20 века формулировка закона сохранения массы подверглась пересмотру в связи с появлением теории относительности (А.Эйнштейн, 1905 г.), согласно которой масса тела зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и ее движение. Полученная телом энергия DE связана с увеличением его массы Dm соотношением DE = Dm c2 , где с - скорость света. Это соотношение не используется в химических реакциях, т.к. 1 кДж энергии соответствует изменению массы на ~10-11 г и Dm практически не может быть измерено. В ядерных реакциях, где DЕ в ~106 раз больше, чем в химических реакциях, Dm следует учитывать.

Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Он является основой количественного химического анализа.

Составление химических уравнений.

Включает три этапа:

1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "-->" :

HgO --> Hg + O2

2. Подбор коэффициентов для каждого вещества так, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой части уравнения было одинаково:

2HgO --> 2Hg + O2

3. Проверка числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения.

Расчеты по химическим уравнениям.

Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. В реальных химических процессах из-за неполного протекания реакций и потерь масса продуктов обычно меньше теоретически рассчитаной. Выходом реакции (h) называют отношение реальной массы продукта (mp) к теоретически возможной (mт), выраженное в долях единицы или в процентах.

h= (mp / mт) 100%

Если в условиях задач выход продуктов реакции не указан, его в расчетах принимают за 100% (количественный выход).

Другое по теме

Основные направления (тенденции) современной радиотехники проникновение идей радиотехники в медицину
Не так давно исполнилось 100 лет со дня первого в мире применения электромагнитных волн в практических целях. 6 февраля 1900 года русский физик, изобретатель радио Александр Попов, узнав о несчастье - 27 рыбаков было унесено в Балтийское море на оторванной льдине, - дал на 50-километровое расстояние радиодепешу на остр...

Форма и вращение астероидов
Астероиды так малы, что сила тяжести на них ничтожна. Она не в состоянии придать им форму шара, какую придает планетам и их большим спутникам, сминая и утрамбовывая их вещество. Большую роль при этом играет явление текучести. Высокие горы на Земле у подошвы "расползаются", так как прочность пород оказывается...

Одним из фундаментальных свойств атомов, является их масса. Абсолютная (истинная) масса атома – величина чрезвычайно малая. Взвесить атомы на весах невозможно, поскольку таких точных весов не существует. Их массы были определены с помощью расчетов.

Например, масса одного атома водорода равна 0,000 000 000 000 000 000 000 001 663 грамма! Масса атома урана – одного из самых тяжелых атомов, составляет приблизительно 0,000 000 000 000 000 000 000 4 грамма.

Точное значение массы атома урана – 3,952 ∙ 10−22 г, а атома водорода, самого легкого среди всех атомов, – 1,673 ∙ 10−24 г.

Производить расчеты с малыми числами неудобно. Поэтому вместо абсолютных масс атомов используют их относительные массы.

Относительная атомная масса

О массе любого атома можно судить, сравнивая ее с массой другого атома (находить отношение их масс). С момента определения относительных атомных масс элементов использовались различные атомы в качестве сравнения. Своеобразными эталонами для сравнения в свое время были атомы водорода и кислорода.

Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы, принята Международным съездом физиков (1960) и унифицирована Международным съездом химиков (1961).

По сегодняшний день эталоном для сравнения является 1/12 часть массы атома углерода. Данное значение называют атомной единицей массы, сокращенно а.е.м

Атомная единица массы (а.е.м.) – масса 1/12 части атома углерода

Сравним, во сколько раз отличается абсолютная масса атома водорода и урана от 1 а.е.м., для этого разделим эти числа одно на другое:

Полученные при расчетах значения и являются относительными атомными массами элементов – относительно 1/12 массы атома углерода.

Так, относительная атомная масса водорода приблизительно равна 1, а урана – 238. Обратите внимание, что относительная атомная масса не имеет единиц измерения, так как при делении единицы измерения абсолютных масс (граммы) сокращаются.

Относительные атомные массы всех элементов указаны в Периодической Системе химических элементов Д.И. Менделеева. Символ, при помощи которого обозначают относительную атомную массу – Аr (буква r – сокращение от слова relative, что означает относительный).

Значения относительных атомных масс элементов используются во многих расчетах. Как правило, значения, приведенные в Периодической Системе, округляются до целых чисел. Обратите внимание, что элементы в Периодической Системе размещены в порядке увеличения относительных атомных масс.

Например, при помощи Периодической Системы определим относительные атомные массы ряда элементов:

Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Относительную атомную массу хлора принято записывать равной 35,5!
Ar(Сl) = 35,5

Относительные атомные массы пропорциональны абсолютным массам атомов
Эталоном для определения относительной атомной массы является 1/12 часть массы атома углерода
1 а.е.м. = 1,662 ∙ 10−24 г
Относительную атомную массу обозначают Ar
Для расчетов значения относительных атомных масс округляют до целых, исключение – хлор, для которого Ar = 35,5
Относительная атомная масса не имеет единиц измерения

Относительная атомная масса

Атомы элементов характеризуются определённой (только им присущей) массой. Например, масса атома Н равна 1,67 . 10 −23 г, атома С − 1,995 . 10 −23 г, атома О − 2,66 . 10 −23 г.

Пользоваться такими малыми значениями неудобно, поэтому введено понятие об относительной атомной массе А r − отношении массы атома данного элемента к атомной единице массы (1,6605 . 10 −24 г).

Молекула - наименьшая частица вещества, сохраняющая химические свойства этого вещества. Все молекулы построены из атомов и поэтому также электронейтральны.

Состав молекулы передаётся молекулярной формулой , которая отражает и качественный состав вещества (символы химических элементов, входящих в его молекулу), и его количественный состав (нижние числовые индексы, отвечающие числу атомов каждого элемента в молекуле).

Масса атомов и молекул

Для измерения масс атомов и молекул в физике и химии принята единая система измерения. Эти величины измеряются в относительных единицах.

Атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы m атома углерода 12 С (m одного атома 12 С равна 1,993Ч10 -26 кг).

Относительная атомная масса элемента (A r) – это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12 С. При расчете относительной атомной массы учитывается изотопный состав элемента. Величины A r определяют по таблице Д.И. Менделеева

Абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на 1 а.е.м. Например, для атома водорода абсолютная масса определяется следующим образом:

m (H) = 1,008Ч1,661Ч10 -27 кг = 1,674Ч10 -27 кг

Относительная молекулярная масса соединения (M r) – это безразмерная величина, равная отношению массы m молекулы вещества к 1/12 массы атома 12 С:

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных масс атомов, входящих в состав молекулы. Например:

М r (C 2 H 6) = 2Ч A r (C) + 6ЧA r (H) = 2Ч12 + 6 = 30.

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на 1 а.е.м.

2. Что называется молярной массой эквивалента?

кон эквивалентов открыт Рихтером в 1791г. Атомы элементов взаимодействуют друг с другом в строго определенных соотношениях – эквивалентах.

В СИ эквивалент есть 1/z часть (воображаемая) частицы Х. Х – атом, молекула, ион и т.д. Z – равен числу протонов, которое связывает или отдает частица Х (эквивалент нейтрализации) или числу электронов, которое отдает или принимает частица Х (эквивалент окисления-восстановления) или заряду иона Х (ионный эквивалент).

Молярная масса эквивалента, размерность – г/моль, есть отношение молярной массы частицы Х к числу Z.

Например, молярная масса эквивалентаэлемента определяется отношением молярной массы элемента к его валентности.

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ относятся между собой, как молярные массы их эквивалентов.

Математическое выражение

где m 1 и m 2 – массы реагирующих веществ,

Молярные массы их эквивалентов.

Если реагирующая порция вещества характеризуется не массой, а объемом V(x), то в выражении закона эквивалентов его молярная масса эквивалента заменяется молярным объемом эквивалента.

3. Каковы основные законы химии?

Основные законы химии . Закон сохранения массы и энергии сформулировал М. В. Ломоносов в 1748 году. Масса веществ участвующих в химических реакциях не изменяется. В 1905г Эйнштейн полагал, взаимосвязь между энергией и массой

Е=m×c 2 , с=3×10 8 м/с

Масса и энергия есть свойства материи. Масса – мера энергии. Энергия – мера движения, поэтому они не эквивалентны и не превращаются друг в друга, однако всякий раз, когда изменяется энергия тела Е , изменяется его масса m . Ощутимые изменения массы происходят в ядерной химии.

С точки зрения атомно-молекулярной теории атомы имеющие постоянную массу не исчезают и не возникают из ничего, это приводит к сохранению массы веществ. Закон доказан экспериментально. Опираясь на этот закон составляются химические уравнения. Количественные расчеты по уравнениям реакций называют стехиометрическими расчетами. В основе всех количественных расчетов лежит закон сохранения массы, и следовательно, можно планировать и контролировать производство.

4. Какие основные классы неорганических соединений существуют? Дайте определение, приведите примеры.

Простые вещества . Молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.

Сложные вещества (или химические соединения). Молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких других веществ.

Резкой границы между металлами и неметаллами нет, т.к. есть простые вещества, проявляющие двойственные свойства.

5. Каковы основные типы химических реакций?

Существует огромное множество различных химических реакций и несколько способов их классификации. Чаще всего химические реакции классифицируют по числу и составу реагентов и продуктов реакции. По этой классификации выделяют четыре типа химических реакций - это реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

Реакция соединения - это реакция, реагентами которой являются два или несколько простых или сложных веществ, а продуктом - одно сложное вещество. Примеры реакций соединения:

Образование оксида из простых веществ - C + O 2 = CO 2 , 2Mg + O 2 = 2MgO

Взаимодействие металла с неметаллом и получение соли - 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

Взаимодействие оксида с водой - CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Реакция разложения - это реакция, реагентом которой является одно сложное вещество, а продуктом - два или несколько простых или сложных веществ. Чаще всего реакции разложения протекают при нагревании. Примеры реакций разложения:

Разложение мела при нагревании: CaCO 3 = CaO + CO 2

Разложение воды под действием электрического тока: 2H 2 O = 2H 2 + O 2

Разложение оксида ртути при нагревании - 2HgO = 2Hg + O 2

Реакция замещения - это реакция, реагентами которой являются простое и сложное вещества, а продуктами - также простое и сложное вещества, но атомы одного из элементов в сложном веществе заменены на атомы простого реагента. Примеры:

Замещение водорода в кислотах - Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Вытеснение металла из соли - Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Образование щелочи - 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

Реакция обмена - это реакция, реагентами и продуктами которой являются по два сложных вещества, в процессе реакции реагенты обмениваются между собой своими составными частями, в результате чего образуются другие сложные вещества. Примеры:

Взаимодействие соли с кислотой: FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S

Взаимодействие двух солей: 2K 3 PO 4 + 3MgSO 4 = Mg 3 (PO 4) 2 + 3K 2 SO 4

Существуют химические реакции, которые нельзя отнести ни к одному из перечисленных типов.

6. Кем, когда и какими опытами было открыто ядро атома и создана ядерная модель атома?

Ядерная модель атома. Одна из первых моделей строения атома былапредложена английским физиком Э. Резерфордом. В опытах по рассеянию а-частиц было показано, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме - положительно заряженном ядре. Согласно моделиРезерфорда, вокруг ядра на относительно большом расстоянии непрерывно движутся электроны, причем их количество таково, что в целом атом электрически нейтрален. Позднее наличие в атоме тяжелогоядра, окруженного электронами, было подтверждено другими учеными. Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных (1903 г.) принадлежит Дж. Томсону. Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом, примерно равным 10 –10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него (рис. 6.1.1). Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

7. Что нового ввел Н. Бор в представлении об атоме? Дайте краткое изложение постулатов Бора применительно к атому водорода.

Теория Бора для атома водорода

Следуя теории Бора для атома водорода, Зоммерфельд предложил такое правило квантования, что при его применении к атому водорода модель Бора не противоречит волновой природе электрона, постулированной де Бройлем. Вывести выражение для уровней энергии атома водорода, используя правило Зоммерфельда, согласно которому разрешенные электронные орбитали представляют собой окружности с длиной, кратной длине волны электрона.

Так как квантовые числа I, т и не вносят ничего в энергию электронного состояния, то все возможные состоянияв данном) радиальном уровне энергетически равны. Это значит, что в спектре будут наблюдаться только единичные линии, такие, как предсказывал Бор. Однако хорошо известно, что в спектре водородасуществует тонкая структура, изучение которой было толчком к развитию теории Бора - Зоммерфельда для атома водорода. Очевидно, что простая форма волнового уравнения не вполне адекватно описывает атом водорода, и, таким образом, мы находимся в-положении, лишь немного лучшем того, когда опирались на модель атома Бора.

8. Что определяют и какие значения могут иметь: главное квантовое число n , побочное (орбитальное) - l, магнитное - m l и спиновое - m s ?

Квантовые числа .

1. Главное квантовое число, n – принимает целочисленные значения от 1 до ¥ (n=1 2 3 4 5 6 7…) или буквенные (K L M N O P Q).

max значение n соответствует числу энергетических уровней в атоме и соответствует номеру периода в таблице Д.И. Менделеева, характеризует величину энергии электрона, размер орбитали. Элемент с n=3 имеет 3 энергетических уровня, находится в третьем периоде, обладает большим размером электронного облака и энергией, чем элемент с n=1.

2. Орбитальное квантовое число l принимает значения в зависимости от главного квантового числа и имеет соответствующие буквенные значения.

l=0, 1, 2, 3… n-1

l – характеризует форму орбиталей:

Орбитали с одним и тем же значением n , но с разными значениями l различаются несколько по энергии т.е.уровни делятся на подуровни.

Число возможных подуровней равно главному квантовому числу.

3. Магнитное квантовое число m l принимает значения от -l ,…0…,+l .

Число возможных значений магнитного квантового числа определяет число орбиталей данного вида. В пределах каждого уровня может быть только:

одна s – орбиталь, т.к. m l =0 при l=0

три р – орбитали, m l = -1 0 +1, при l=1

пять d – орбиталей m l =-2 –1 0 +1 +2, при l=2

семь f – орбиталей.

Магнитное квантовое число определяет ориентацию орбиталей в пространстве.

4. Спиновое квантовое число (спин), m s .

Спин характеризует магнитный момент электрона, обусловленный вращением электрона вокруг собственной оси по часовой и против часовой стрелки.

Обозначив электрон стрелкой , а орбиталь черточкой или клеточкой можно показать

Правила, характеризующие порядок заполнения орбиталей.

Принцип Паули:

l l n 2 , а на уровнях - 2n 2

n+l ), при равенстве, с n – наименьшей.

правилу Гунда

9. Как объясняет теория Бора происхождение и линейчатую структуру атомных спектров?

Теория Н. Бора была предложена в 1913 году, в ней использовалась планетарная модель Резерфорда и квантовая теория Планка-Эйнштейна. Планк считал, что наряду с пределом делимости материи – атом, существует предел делимости энергии - квант. Атомы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями квантами

Первый постулат Н. Бора : существуют строго определенные разрешенные, так называемые стационарные орбиты; находясь на которых электрон не поглощает и не излучает энергию. Разрешенными являются только те орбиты, для которых момент количества движения равный произведению m e ×V×r, может меняться определенными порциями (квантами), т.е. квантуется.

Состояние атома с n=1 называют нормальным, при n=2,3… - возбужденным.

Скорость электрона с увеличением радиуса уменьшается, кинетическая и общая энергия возрастает.

Второй постулат Бора: при переходе с одной орбиты на другую электрон поглощает или излучает квант энергии.

Е дальн -Е ближ =h×V. Е=-21,76×10 -19 /n 2 Дж/атом=-1310кДж/моль.

Такую энергию надо затратить, чтобы перевести электрон в атоме водорода с первой боровской орбиты (n=1) на бесконечно удаленную, т.е. оторвать электрон от атома, превратив его в положительно заряженный ион.

Квантовая теория Бора объяснила линейчатый характер спектра атомов водорода.

Недостатки:

1. Постулируется пребывание электрона только на стационарных орбитах, как же в таком случае совершается переход электронов?

2. Не объясняются все детали спектров, их разная толщина.

Что в атоме называют энергетическим уровнем и энергетическим подуровнем?

Число энергетических уровней атома равно номеру периода, в котором он расположен. Например,калий(К) -элемент четвертого периода, имеет 4 энергетических уровня (n = 4). Энергетический подуровень - совокупность орбиталей с одинаковыми значениями главного и орбитального квантовых чисел.

11. Какую форму имеют s- , p- и d- электронные облака.

При химических реакциях ядра атомов остаются без изменений, изменяется лишь строение электронных оболочек вследствие перераспределения электронов между атомами. Способностью атомов отдавать или присоединять электроны определяются его химические свойства.

Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Благодаря волновым свойствам электроны в атоме могут иметь только строго определенные значения энергии, которые зависят от расстояния до ядра. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов - максимально 2n 2 . Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня.

Квантовые числа электронов

Состояние каждого электрона в атоме обычно описывают с помощью четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (m) и спинового (s). Первые три характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое - вокруг собственной оси.

Главное квантовое число (n). Определяет энергетический уровень электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 ...) и соответствует номеру периода. Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома и какой энергетический уровень является внешним.

Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5).

Орбитальное квантовое число (l) характеризует геометрическую форму орбитали. Принимает значение целых чисел от 0 до (n - 1). Независимо от номера энергетического уровня, каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем, c одинаковыми n и l - подуровнем.

l=0 s- подуровень, s- орбиталь – орбиталь сфера

l=1 p- подуровень, p- орбиталь – орбиталь гантель

l=2 d- подуровень, d- орбиталь – орбиталь сложной формы

f-подуровень, f-орбиталь – орбиталь еще более сложной формы

На первом энергетическом уровне (n = 1) орбитальное квантовое число lпринимает единственное значение l = (n - 1) = 0. Форма обитали - сферическая; на первом энергетическом только один подуровень - 1s. Для второго энергетического уровня (n = 2) орбитальное квантовое число может принимать два значения: l = 0, s- орбиталь - сфера большего размера, чем на первом энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь - гантель. Таким образом, на втором энергетическом уровне имеются два подуровня - 2s и 2p. Для третьего энергетического уровня (n = 3) орбитальное квантовое число l принимает три значения: l = 0, s- орбиталь - сфера большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь - гантель большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 2, d- орбиталь сложной формы.

Таким образом, на третьем энергетическом уровне могут быть три энергетических подуровня - 3s, 3p и 3d.

12. Дайте формулировку принципа Паули и правила Гунда.

Принцип Паули: в атоме не может быть двух и более электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Из чего следует, что на одной орбитали могут находиться два электрона с противоположно направленными спинами.

Максимально возможное число электронов:

на s – подуровне - одна орбиталь – 2 электрона, т.е. s 2 ;

на p- – -три орбитали – 6 электронов, т.е. р 6 ;

на d - – - пять орбиталей – 10 электронов, т.е. d 10 ;

на f- –– - семь орбиталей – 14 электронов, т.е. f 14 .

Число орбиталей на подуровнях определяется 2l +1, а число электронов на них будет 2×(2l +1),число орбиталей на подуровнях равно квадрату главного квантового числа n 2 , а на уровнях - 2n 2 , т.о. в первом периоде периодической системы элементов максимально может быть 2 элемента, во втором – 8, в третьем – 18 элементов, в четвертом – 32.

В соответствии с I и II правилами М.В.Клечковского заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы (n+l ), при равенстве, с n – наименьшей.

Электронные формулы записываются следующим образом:

1. В виде числового коэффициента указывают номер энергетического уровня.

2. Приводят буквенные обозначения подуровня.

3. Число электронов на данном энергетическом подуровне указывают в виде показателя степени, при этом все электроны данного подуровня суммируются.

Размещение электронов в пределах данного подуровня подчиняется правилу Гунда : на данном подуровне электроны стремятся занять максимальное число свободных орбиталей, так, чтобы суммарный спин был максимальным.

13. Дайте формулировку правил Клечковского. Как они определяют порядок заполнения АО?

Электронные формулы записываются следующим образом:

1. В виде числового коэффициента указывают номер энергетического уровня.

2. Приводят буквенные обозначения подуровня.

14. Что называют энергией ионизации, сродством к электрону, электроотрицательностью и в каких единицах они измеряются?

Атомные характеристики . Химическая природа элемента обуславливается способностью его атома терять или приобретать электроны. Эта способность количественно может быть оценена энергией ионизации атома и его сродством к электронам .

Энергией ионизации называется энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома (иона или молекулы). Она выражается в джоулях или электронвольтах. 1 ЭВ = 1,6×10 -19 Дж.

Энергия ионизации, I, является мерой восстановительной способности атома. Чем меньше I, тем больше восстановительная способность атома.

Наименьшими значениями I обладают s элементы первой группы. Значения же I 2 для них резко возрастают. Аналогично для s элементов II группы резко возрастает I 3 .

Наибольшими значениями I 1 обладают p-элементы VIII группы. Это возрастание энергии ионизации при переходе от s элементов I группы к p элементам VIII группы обуславливается возрастанием эффективного заряда ядра.

Сродством к электрону называется энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому (иону или молекуле). Выражается также в Дж или эВ. Можно сказать, что сродство к электрону – мера окислительной способности частиц. Надежные значения Е найдены лишь для небольшого числа элементов.

Наибольшим сродством к электрону обладают р-элементы VII группы (галогены), так как присоединяя один электрон к нейтральному атому они приобретают законченный октет электронов.

E (F) = 3,58 эВ, Е (Cl) = 3,76 эВ

Наименьшие и даже отрицательные значения Е имеют атомы с конфигурацией s 2 и s 2 p 6 или наполовину заполненным р-подуровнем.

Е (Mg) = -0,32 эВ, Е (Ne) = -0.57 эВ, Е (N) = 0,05 эВ

Присоединение последующих электронов невозможно. Так, многозарядные анионы О 2- , N 3- не существуют.

Электроотрицательностью называется количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе электроны. Эта способность зависит от I и Е. По Малликену: ЭО = (I+E)/2.

Электроотрицательности элементов по периоду возрастают, по группе – уменьшаются.

Абсолютная масса молекулы вещества В может быть рассчитана по уравнению

Абсолютные массы атомов и молекул. Атомная единица массы. Относительная атомная масса. Относительная молекулярная масса и ее расчет.

Задача 5. Определите абсолютную массу (гПщ) молекулы воды.

Абсолютные массы молекул легко заменить через относительные молекулярные массы (см. , 3, гл. I). Молекулярный вес первого газа равен

Рассчитайте абсолютную массу одной молекулы Вгз, Oj, NH3, H2SO4, Н2О, I2.

Исходя из молярной массы и числа Авогадро, можно рассчитать абсолютные массы атомов и молекул по следующей формуле-

Ответ Абсолютная масса молекулы воды равна ЗХ X 10-" г=3-10- кг.

Число молекул в одном моле вещества, называемое числом Авогадро, Nf, = 6,0240- Ю. Поделив массу одного моля любого вещества на число Авогадро, получим абсолютную массу молекулы в граммах. Например, масса молекулы Нг 2,016 6,02-10 = 3,35- 10" г. Подобно этому вычисляют абсолютную массу атома. Молекулы имеют диаметр примерно от одного до десятков ангстрем (1 А = 10" см).

В зависимости от размера и формы элементарной ячейки, а также возможных размеров и симметрии молекулы решают вопрос - сколько молекул может уместиться в данной элементарной ячейке. При решении этого вопроса всегда учитывают правило, что молекулы плотно упаковываются в кристалле, т. е. выступы одной молекулы входят во впадины другой и т. д. (рис. 16). Таким образом, форма элементарной ячейки часто дает возможность судить и об общей форме молекулы. Абсолютная масса молекулы (откуда легко вычислить и молекулярную массу) на основании данных рентгеноструктурного анализа определяется следующим образом

Зная число Авогадро, легко найти абсолютную массу частицы любого вещества. Действительно, масса в граммах молекулы (атома) вещества равна мольной массе, деленной на число Авогадро. Например, абсолютная масса атома водорода (мольная масса атомов водорода 1,008 г/моль) равна 1,67-10- г. Она приблизительно во столько же раз меньше массы маленькой дробинки, во сколько раз масса человека меньше массы всего земного шара..

Таким путем можно вычислять абсолютные массы молекул и атомов других элементов. Поскольку эти величины ничтожно малы и неудобны для расчетов, то пользуются понятием атомный (молекулярный) вес, что соответствует массе атомов (молекул), выраженной в относительных единицах. За атомную единицу массы (а. е. м.)

Число молекул в 1 моль вещества, называемое постоянной Авогадро VА, равно 6,0220-10 . Поделив массу 1 моль любого вещества на постоянную Авогадро, получим абсолютную массу молек /лы в граммах. Например, масса молекулы Н 2,016 6,02-10 3 = 3,35-г. Подобно этому вычисляют абсолютную массу атома. Молекулы имеют диаметр примерно от 0,1 до I нм.

Как вычисляется абсолютная масса атомов и молекул Вычислить абсолютные массы атома меди и молекулы фосфори-стого водорода.

Кинетическую энергию е двух молекул с массами Ш] и Ш2 можно выразить как через их общие абсолютные скорости С и Сг в пространстве, так и через компоненты этих скоростей

Вычисленке абсолютных масс и объемов атомов и молекул

Частное от деления абсолютной массы молекулы соединения или элемента на одну двенадцатую часть абсолютной массы атома изотопа углерода. Сумма атомных масс всех элементов молекулы.

Такими же чрезвычайно малыми оказываются массы других атомов, а также молекул (абсолютная молекулярная масса обозначается тм), например, масса молекулы воды составляет

По химической формуле газообразного вещества можно определить некоторые его количественные характеристики процентный состав, молекулярный вес, плотность, относительную плотность по любому газу, абсолютную массу молекулы.

Контрольные вопросы. 1. Что такое атом молекула атомный вес молекулярный вес масса атома масса молекулы грамм-атом грамм-молекула 2. Чему равны молекулярный вес СОг и абсолютная масса молекулы СОа, выраженная в граммах 3. Как формулируется закон Авогадро 4. Какой объем занимает грамм-молекула любого газа при нормальных условиях 5. Что такое число Авогадро Чему оно равно 6. По формуле ацетилена СзНа

Например, относительная молекулярная масса воды 18 (округленно) означает, что молекула воды в 18 раз тяжелее 1 2 части абсолютной массы атома углерода.

Дайте определение понятий а) элемент, атом, молекула б) простое и сложное вещество в) относительные атомная и молекулярная массы абсолютные массы атома и молекулы. Что следует понимать под условной частицей УЧ

Еще значительно раньше, во второй половине XIX века, были сделаны первые попытки подойти к вопросу об абсолютной массе и размерах атомов и молекул. Хотя взвесить отдельную молекулу явно невозможно, теория открыла другой путь надо было как-то определить число частиц в моле молекул или атомов - так называемое число Авогадро (Ла). Непосредственно сосчитать молекулы так же невозможно, как и взвесить их, но число Авогадро входит во многие уравнения различных отделов физики, и его можно вычислить, исходя из этих уравнений. Очевидно, что если результаты таких вычислений, произведенных несколькими независимыми путями, совпадают, то это может служить доказательством правильности найденного значения.

Поскольку абсолютные массы атомов и молекул малы, обычно пользуются относительными массами.

Кинетическую энергию двух молекул с массами и можно выразить через компоненты скоростей или через сами абсолютные скорости следующим образом

Как известно, теплота является мерой кинетической энергии движения частиц, образующих данное вещество. Установлено, что при температуре, значительно превышающей температуру абсолютного нуля, средняя кинетическая энергия молекул пропорциональна абсолютной температуре Т. Для молекулы с массой т и средней скоростью и

Пример 8. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах.

Все исследуемые соединения подразделены на массив обучения, содержащий молекулы с известными свойствами, и прогнозируемую группу молекул. Анализируемый массив обучения по исследуемому свойству разделён на две альтернативные группы (активные - неактивные). Созданные модели представляют уравнения логического вида Л = 7 (3), где Л - активность, (8) - решающий набор признаков (РНП) - комплекс фрагментов структурных формул и различных их комбинаций, так называемых суб-структурных дескрипторов. Оценка влияния фрагментов и их сочетаний на активность проводится на основании коэффициента информативности, изменяющегося в пределах от минус 1 до плюс 1. Чем выше абсолютное значение информативности, тем выше вероятность влияния данного признака на свойства. Знак плюс характеризует положительное влияние, минус - отрицательное. Р - алгоритм, с помощью которого осуществляется распознавание свойств исследуемых веществ. В процессе прогноза используются два алгоритма - геометрия (I) и голосование (II). Первый из них основан на определении расстояния в евклидовой метрике между исследуемым веществом и расчётным гипотетическим эталоном исследуемого свойства. Второй метод предусматривает анализ числа признаков (голосов) в структуре соединений, с положительной и отрицательной информативностью. Процедуры молекулярного дизайна описаны далее в разделе 5.

Относительной молекулярной массой Mr называют отношение абсолютной массы молекулы к Vi2 массы атома изотопа углерода Обратите внимание на то, что относительные массы по определению являются безразмерными величинами.

Сопло Беккера. Различные кинетические методы решения задачи разделения изотопов можно классифицировать на методы, использующие разность коэффициентов переноса для молекул различных масс, и на методы, использующие движение разделяемой смеси в потенциальном поле. Наиболее характерным методом второго класса как раз и является метод газовой центрифуги, который, однако, требует даже для лабораторной демонстрации своих грандиозных возможностей весьма впечатляющих опытноконструкторских работ, в силу абсолютной инженерной нестандартности газовой центрифуги. Предложенный, предположительно Дираком, примерно в то же время, что и газоцентрифужный, метод разделительного сопла (сопла Беккера, по имени руководителя первых успешных экспериментальных работ)

Атомы элементов и молекулы веществ характеризуются определенной физической (абсолютной) массой т например, масса атома водорода Н составляет 1,67-г, масса молекулы Р4 2,06-10 г, масса молекулы Н,0 2,99- 10 г, масса молекулы Н2804 1,63 К) г. Абсолютные массы атомов элементов и молекул веществ чрезвычайно малы, и пользоваться такими значениями неудобно. Поэтому введено понятие об относительной массе атомов и молекул.

Относительная молекулярная масса химического соединения - ато число, показывающее, во сколько раз абсолютная масса одной молекулы атого соединения больше атомной единицы массы.

Определение абсолютных масс атомов (а также масс молекул и их осколков) масс-спектроскопия.

Большую ценность представляет определение абсолютной массы содержимого одной элементарной ячейки кристаллической структуры. Размеры элементарной ячейки можно измерить, если это необходимо, с очень высокой точностью (ошибка составляет менее 0,01%). Труднее измерить плотности, но суммарная ошибка измерений может быть до 0,1% массы элементарной ячейки (без слишком большой экспериментальной работы). Помимо определения абсолютной массы ячейки, по кристаллическим структурам можно получить информацию относительно возможного содержания ячейки и другим путем. Пространственная группа симметрии, природа и многообразие эквивалентных допустимых положений узлов и основные требования, состоящие в том, что интенсивность наблюдаемых отражений Х-лучей должна соответствовать, в приемлемых пределах, интенсивности, рассчитанной для предполагаемой кристаллической структуры все это дает определенную сумму сведений, которые должны находиться в соответствии с какой-либо предполагаемой химической формулой. Так, независимо от наличия других молекул, в любую формулу должны быть включены 46 молекул воды на единицу клеточной структуры гидратов типа I. Если размеры элементарной ячейки

Числом Авогадро называется число молекул в грамм-молекуле любого вещества. Эту величину можно определить различными методами, при этом результаты, полученные разными способами, совпадают в пределах точности измерений. В настоящее время значение числа Авогадро принимается равным 6,023-10 . Число Авогадро является универсальной постоянной оно не зависит от природы вещества и его агрегатного состояния. Для вычисления абсолютной массы атома или молекулы нужно грамм-атомную или грамм-молекулярную массу разделить на число Авогадро. Так, например,

Одним из важнейших свойств вещества является его молекулярная масса. Так как абсолютные массы молекул очень малы, то в расчетах используют относительные. Под молекулярной массой вещества обычно понимают 01н0шение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода. Соответственно и массы атомов химических элементов также сравнивают с 1/12 массы атома углеродд. Тогда атомная масса углерода равна 12, других элементов (округленно) водорода - 1, кислорода-16, азота-14. Массу молекулы химического соединения определяют сложением атомных масс элементов, входящих в состав молекулы. Например, молекулярная масса углекислого газа СОг равна 12 + 2-16 = 44 (1 атом углерода с массой 12 и 2 атома кислорода с массой 16). Молекулярная масса метана СН равна 12 + 4-1 = 16. Молекулярная масса некоторых наиболее часто применяемых горючих газов и их продуктов горения приведена в табл. 1.1.

Конечно, состояния II и III не являются абсолютно стабильными и в результате теплового движения могут иметь место колебания около этих положений или даже повороты. С повышением температуры относительное число молекул в массе вещества, не отвечающих наиболее устойчивому состоянию, растет, но не может превысить числа молекул в основном состоянии.

Дальтон не видел качественной разницы между простыми и сложными атомами, следовательно, не признавал две ступени (атомы и молекулы) в строении вещества. В этом смысле атомистика Дальтона была шагом назад по сравнению с элементно-корпускулярной концепцией Ломоносова. Однако рациональным зерном атомистики Дальтона явилось его учение о массе атомов. Совершенно правильно считая, что абсолютные массы атомов чрезвычайно малы, Дальтон предложил определять относительные атомные массы. При этом масса атома водорода, как самого легкого из всех атомов, была принята за единицу. Таким образом, впервые Дальтон определил атомную массу элемента как отношение массы атома данного элемента к массе атома водорода. Он же составил первую таблицу атомных масс 14 элементов. Учение Дальтона об атомных массах сыграло неоценимую роль при превращении химии в коли-тгественную науку и открытии Периодического закона. Поэтому

Необходимо различать понятия абсолютная масса молекулы и грамм-молекула. Так, 10 грамм-молекул воды - это 18 X 10 = 180г, т. е. приблизительно стакан воды, а 10 молекул воды - ничтожно малое количество, которое невозможно отвесить.

Чему равны молекулярная. масса СОг абсолютная масса молекулы СОг, выраженная в праймах 3. Как фо рм улируется закон Авогадро 4. Какой объем занимает граммнмолекула любого газа при нормальных условиях

На основании проведенных опытов установлена явная зависимость между абсолютной массой продиффундировав-ших молекул аминокислот и их мЬлекулярными весами.

Смотреть страницы где упоминается термин Молекула абсолютная масса : Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) -- [