Абсолютная масса. Относительная атомная и молекулярная массы. Составление химических уравнений

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

Из которых состоит молекула, и найдите их относительные атомные массы в периодической системе химических элементов. Если один атом встречается в n раз, умножьте его массу на это число. Затем сложите найденные значения и получите молекулярную массу данного вещества , которая равна его молярной массе в г/моль. Найдите массу одной , поделив молярную массу вещества M на постоянную Авогадро NА=6,022∙10^23 1/моль, m0=M/ NА.

Пример Найдите массу одной молекулы воды. Молекула воды (Н2О) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Относительная атомная масса водорода равна 1, для двух атомов получим число 2, а атомная масса кислорода равна 16. Тогда молярная масса воды будет равна 2+16=18 г/моль. Определите массу одной молекулы : m0=18/(6,022^23)≈3∙10^(-23) г.

Массу молекулы можно рассчитать, если известно количество молекул в данном веществе. Для этого поделите общую массу вещества m на количество частиц N (m0=m/N). Например, если известно, что в 240 г вещества содержится 6∙10^24 молекул, то масса одной молекулы составит m0=240/(6∙10^24)=4∙10^(-23) г.

Определите массу одной молекулы вещества с достаточной точностью, узнав количество и нейтронов, которые входят в ее ядер атомов, из которых она состоит. Массой электронной оболочки и дефектом масс в данном случае следует пренебречь. Массу и берите равной 1,67∙10^(-24) г. Например, если известно, если молекула состоит из двух атомов кислорода, какова ее масса? Ядро атома кислорода имеет в своем составе 8 протонов и 8 нейтронов. Общее количество нуклонов 8+8=16. Тогда масса атома равна 16∙1,67∙10^(-24)=2,672∙10^(-23) г. Поскольку молекула состоит из двух атомов, то ее масса равна 2∙2,672∙10^(-23)=5,344∙10^(-23) г.

Можно вычислить массу любой молекулы, зная ее химическую формулу. Вычислим для примера относительную маолекулярную массу молекулы спирта.

Вам понадобится

Таблица Менделеева

Инструкция

Рассмотрите химическую формулу молекулы. Определите, атомы каких химических элементов входят в ее состав.

Формула спирта C2H5OH. В состав молекулы спирта входят 2 атома , 6 атомов водорода и 1 атом кислорода.

Если массу молекулы в граммах, а не в атомных единицах массы, следует вспомнить, что одна атомная единица массы - это масса 1\12 атома углерода. Численно 1 а.е.м. = 1,66*10^-27 кг.

Тогда масса молекулы спирта 46*1,66*10^-27 кг = 7,636*10^-26 кг.

Обратите внимание

В периодической таблице Менделеева химические элементы расположены в порядке возрастания атомной массы. Экспериментальные методы определения молекулярной массы разработаны в основном для растворов веществ и для газов. Также существует метод масспектрометрии. Большое прикладное значение понятие молекулярной массы имеет для полимеров. Полимеры - вещества, состоящие из повторяющихся групп атомов, но количество этих групп неодинаково, так что для полимеров существует понятие средней молекулярной массы. По средней величине молекулярной массы можно говорить о степени полимеризации вещества.

Полезный совет

Молекулярная масса - важная величина для физиков и химиков. Зная молекулярную массу вещества, можно сразу определить плотность газа, узнать молярность вещества в растворе, определить состав и формулу вещества.

Источники:

Молекулярная масса
как рассчитать массу молекулы

Молекулярная масса представляет собой молекулярный вес, который также можно назвать значением массы молекулы. Выражается молекулярная масса в атомных единицах массы. Если разобрать значение молекулярной массы по частям, то получится, что сумма масс всех атомов, входящих в состав молекулы и представляет собой её молекулярную массу . Если говорить о единицах измерения массы, то преимущественно все измерения производятся в граммах.

Инструкция

Само молекулярной массы связано с понятием молекулы. Но нельзя сказать, что это условие можно применить только к таким , где молекула, например, водорода , находится отдельно. Для случаев, когда молекулы не отдельно от остальных, а в тесной взаимосвязи, все вышеперечисленные условия и определения также действительны.

Для начала, чтобы определить массу водорода , вам потребуется -либо , в состав которого водород и из которого его можно будет несложно выделить. Это может быть какой-либо спиртовой раствор или другая смесь, часть компонентов которой при определённых меняет своё состояние и легко освобождает раствор от своего присутствия. Найдите раствор, из которого можно и спарить необходимые или ненужные вещества при помощи нагревания. Это самый лёгкий способ. Теперь определитесь, будете вы испарять вещество, которое вам не нужно или же это будет водород, молекулярную массу которого вы и планируете измерять. Если испарится ненужное вещество - ничего страшного, чтобы оно было не токсично. в случае же испарения искомого вещества, вам необходимо оборудование, что все испарения сохранились в колбе.

После того, как вы отделили от состава всё ненужное, приступайте к измерениям. Для этого вам подойдёт число Авогадро. Именно с его помощью вы сможете вычислить относительную атомную и молекулярную массу водорода . Найдите все необходимые параметры водорода которые присутствуют в любой таблице, определите плотность полученного газа, так как она пригодится для одной из формул. Затем подставьте все полученные результаты и, если необходимо, поменяйте единицу измерения на , о чём уже говорилось выше.

Понятие молекулярной массы наиболее актуально для случаев, когда речь идёт о полимерах. Именно для них важнее вводить понятие средней молекулярной массы, ввиду неоднородности входящих в их состав молекул. Также по средней величине молекулярной массы можно судить о том, насколько высока степень полимеризации того или иного вещества.

Видео по теме

Масса вещества находится при помощи прибора, который называется весы. Можно также рассчитать массу тела, если известно количество вещества и его молярная масса или его плотность и объем. Количество чистого вещества можно находите по его массе или количеству молекул, которое в нем содержится.

Для измерения массы атома используется относительная атомная масса, которая выражается в атомных единицах массы (а. е. м.). Относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс веществ.

Понятия

Для осознания, что такое относительная атомная масса в химии, следует понимать, что абсолютная масса атома слишком мала, чтобы выражать её в граммах, а тем более в килограммах. Поэтому в современной химии за атомную единицу массы (а. е. м.) взята 1/12 часть массы углерода. Относительная атомная масса равна отношению абсолютной массы к 1/12 абсолютной массы углерода. Другими словами относительная масса отражает, во сколько раз масса атома конкретного вещества превышает 1/12 массы атома углерода. Например, относительная масса азота - 14, т.е. атом азота содержит 14 а. е. м. или в 14 раз больше, чем 1/12 часть атома углерода.

Рис. 1. Атомы и молекулы.

Среди всех элементов водород самый лёгкий, его масса равна 1 единице. Самые тяжёлые атомы имеют массу в 300 а. е. м.

Молекулярная масса - значение, показывающее, во сколько раз масса молекулы превышает 1/12 часть массы углерода. Также выражается в а. е. м. Масса молекулы складывается из массы атомов, поэтому для вычисления относительной молекулярной массы необходимо сложить значения масс атомов вещества. Например, относительная молекулярная масса воды равна 18. Это значение складывается из относительных атомных масс двух атомов водорода (2) и одного атома кислорода (16).

Рис. 2. Углерод в периодической таблице.

Как видно, эти два понятия имеют несколько общих характеристик:

относительная атомная и молекулярная массы вещества - безразмерные величины;
относительная атомная масса имеет обозначение A r , молекулярная - M r ;
единица измерения одинакова в обоих случаях - а. е. м.

Молярная и молекулярная массы совпадают численно, но отличаются по размерности. Молярная масса - это отношение массы вещества к количеству молей. Она отражает массу одного моля, который равен числу Авогадро, т.е. 6,02 ⋅ 10 23 . Например, 1 моль воды весит 18 г/моль, а M r (Н 2 О) = 18 а. е. м. (тяжелее в 18 раз одной атомной единицы массы).

Как рассчитать

Чтобы выразить относительную атомную массу математически, следует определить, что 1/2 часть углерода или одна атомная единица массы равна 1,66⋅10 −24 г. Следовательно, формула относительной атомной массы имеет следующий вид:

A r (X) = m a (X) / 1,66⋅10 −24 ,

где m a - абсолютная атомная масса вещества.

Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической таблице Менделеева, поэтому её не нужно рассчитывать самостоятельно при решении задач. Относительные атомные массы принято округлять до целых. Исключение составляет хлор. Масса его атомов равна 35,5.

Следует обратить внимание, что при расчёте относительной атомной массы элементов, имеющих изотопы, учитывается их среднее значение. Атомная масса в этом случае высчитывается следующим образом:

A r = ΣA r,i n i ,

где A r,i - относительная атомная масса изотопов, n i - содержание изотопов в природных смесях.

Например, кислород имеет три изотопа - 16 О, 17 О, 18 О. Их относительная масса равна 15,995, 16,999, 17,999, а их содержание в природных смесях - 99,759 %, 0,037 %, 0,204 % соответственно. Поделив проценты на 100 и подставив значения, получим:

A r = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 а.е.м.

Обратившись к периодической таблице, легко найти это значение в клетке кислорода.

Рис. 3. Таблица Менделеева.

Относительная молекулярная масса - сумма масс атомов вещества:

При определении значения относительной молекулярной массы учитываются индексы символов. Например, вычисление массы H 2 CO 3 выглядит следующим образом:

M r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 а. е. м.

Зная относительную молекулярную массу, можно вычислить относительную плотность одного газа по второму, т.е. определить, во сколько раз одно газообразное вещество тяжелее второго. Для этого используется уравнение D (y) x = M r (х) / M r (y).

Что мы узнали?

Из урока 8 класса узнали об относительной атомной и молекулярной массе. За единицу относительной атомной массы принята 1/12 часть массы углерода, равная 1,66⋅10 −24 г. Для вычисления массы необходимо абсолютную атомную массу вещества разделить на атомную единицу массы (а. е. м.). Значение относительной атомной массы указано в периодической системе Менделеева в каждой клетке элемента. Молекулярная масса вещества складывается из суммы относительных атомных масс элементов.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 190.

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.

§ 6.

^ Абсолютная молекулярная масса – масса молекулы , выраженная в единицах массы: г, кг . Она обозначается m M (Х), где Х – формула вещества. Например, масса молекулы кислорода равна

M M (О 2) = 53,2 · 10 -24 г = 53,2 · 10 -27 кг.

^ О

Тносительная молекулярная масса – это отношение массы молекулы вещества к массы атома изотопа углерода с массовым числом 12(
). Она обозначается Mr(Х), где Х – формула вещества.

Относительная молекулярная масса показывает, во сколько раз масса молекулы больше массы атома углерода. Например, масса молекулы воды m M (H 2 O) = 28,95 · 10 -24 г.

Относительная молекулярная масса молекулы воды Н 2 О равна отношению массы молекулы Н 2 О к величине атомной единицы массы:

Mr(H 2 O) = 18. Масса молекулы воды в 18 раз больше, чем массы атома углерода.

Молекула состоит из атомов.

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы.

Например, относительная молекулярная масса воды равна сумме относительных атомних масс водорода и кислорода:

Ключевые слова и термины

^ Обратите внимание!

1) что равно чему

Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекулы .

Контрольные вопросы

Что называется абсолютной молекулярной массой?
Что называется относительной молекулярной массой?
Что показывает относительная молекулярная масса?
Чему равна относительная молекулярная масса?

Рассчитайте относительные молекулярные массы веществ:

а) H 2 SO 4 ;

Г) Fe 2 (SO 4) 3 ;

Д)Ca 3 (PO 4) 2 ;

И) Al(OH) 3 .

§ 7. Моль. Молярная масса

Вещество характеризуется массой (m), измеряемой в кг (г, мг), объемом (V), измеряемым в м 3 (л, мл), и числом содержащихся в нем частиц. Химики используют для расчетов физическую величину – количество вещества.

^ Количество вещества – это число структурных частиц (молекул, атомов, ионов и других) данного вещества .

Количество вещества обозначается (Х) (υ – читаем «ню»), или n(Х) (n – читаем «эн»), где Х – формула частицы.

Единицей измерения количества вещества является моль.

^ Моль – количество вещества, которое содержит столько частиц (атомов, молекул и других частиц), сколько содержится атомов в углероде массой 12 г .

Рассчитаем, сколько атомов углерода содержится в углероде массой 12 г. Для этого разделим массу 12 г на массу одного атома углерода, равную 19,93 · 10 -24 г.

12 г/моль: 19,93 · 10 -24 г = 6,02 · 10 23 1/моль.

Число 6,02 · 10 23 моль -1 называют постоянной Авогадро и обозначают N A . Постоянная Авогадро N A показывает число структурных частиц в 1 моль вещества.

^ Моль – это количество вещества, которое содержит 6,02 · 10 23 структурных частиц (атомов, молекул, ионов или других).

Рисунок 4

1 моль воды Н 2 О содержит 6,02 · 10 23 молекул воды;

1 моль молекул кислорода О 2 содержит 6,02 · 10 23 молекул кислорода О 2 ;

1 моль ионов SO 4 2- содержит 6,02 · 10 23 ионов SO 4 2- ;

1 моль атомов углерода С содержит 6,02 · 10 23 атомов углерода;

1 моль молекул СО 2 содержит 6,02 · 10 23 молекул СО 2 (рис. 5)

О 2 СО 2

О 2 О 2 СО 2 СО 2

Рисунок 5

Масса 1 моль, или 6,02 · 10 23 молекул, называется молярной массой вещества , масса 6,02 · 10 23 атомов – молярной массой элемента, масса 6,02 · 10 23 ионов – молярной массой ионов .

Молярная масса – это отношение массы вещества m(X) к его количеству υ(Х).

Масса вещества m измеряется в килограммах (или граммах), количество вещества υ измеряется в молях. Молярная масса вещества М выражается в килограммах на моль (кг/моль) или в граммах на моль (г/моль).

Молярная масса атомов численно равна относительной атомной массе элемента, а молярная масса молекул – относительной молекулярной массе вещества (табл. 5).

Например:

масса 1 моль атомов углерода равна 12 г/моль;

молярная масса NaOH равна 40 г/моль;

масса 1 моль атомов железа равна 56 г/моль

Рисунок 6

Таблица 5 - Числовое значение молярных масс некоторых веществ

^ Количество вещества (υ(Х), n(Х)) можно рассчитать, если известны масса вещества и его молярная масса .

Пример1. Какое количество вещества содержится в 54 г воды?

M
Решение:

М(Н) = 1 г/моль, М(О) = 16 г/моль,

М(Н 2 О) = 1 · 2 + 16 = 18 г/моль,

.
(Н 2 О) = 54 г

υ( Н 2 О) = ?

Ответ: Вода массой 54 г содержит 3 моль воды.

Массу вещества рассчитывают, если известны количество и его молярная масса.

Пример 2. Определить массу 5 моль KI

Д
Решение:

1) М(К) = 39 г/моль, М(I) = 127 г/моль,

М(KI) = 39 + 127 = 166 г/моль;

2) m(KI) = υ(KI) · М(KI) = 5 моль · 166 г/моль = 830 г.
ано:

Ответ: Масса 5 моль KI равна 830 г.

^ Массу одного атома или одной молекулы вещества можно рассчитать, разделив его молярную массу на число Авогадро.

Пример 3. Чему равна масса молекулы хлора Cl 2 ?

Д
Решение:

М(Cl) = 35,5 г/моль, М(Cl 2) = 2 · 35,5 = 71 г/моль;

2) m М (Cl 2) =

N A = 6,02 · 10 23 моль -1

m М (Cl 2) = ?

Ответ: Масса молекулы хлора равна 11,79 · 10 -23 г.

Число (количество) структурных частиц N(X) данного вещества рассчитывается по формуле

Пример 4. Сколько молекул содержится в 0,3 моль азота?

Д
Решение:

N A = 6,02 · 10 23 моль -1 ,

N(N 2) = υ(N 2) · N A = 0,3 моль · 6,02 · 10 23 моль -1 = 1,8 · 10 23 .
ано:

υ(N 2) = 0,3 моль

Ответ: В 0,3 моль азота содержится 1,8 · 10 23 молекул.

Пример 5. Сколько атомов азота содержится в 0,3 моль азота?

Д
Решение:

N(N) = υ(N) · N A .

1 моль молекул N 2 содержит 2 моль атомов азота N, отсюда

υ(N) = 2υ(N 2) = 2 · 0,3 моль = 0,6 моль.

N(N) = 0,6 моль · 6,02 · 10 23 моль -1 = 36,12 · 10 22 .
ано:

υ(N 2) = 0,3 моль

Ответ: В 0,3 моль азота содержится 36,12 · 10 22 атомов азота.

Пример 6. Какая масса аммиака NH 3 содержит столько молекул, сколько их содержится в воде Н 2 О массой 54 г?

Д
Решение:

1) М(H 2 O) = 18 г/моль, М(NH 3) = 17 г/моль;

2)
;

3) υ(NH 3) = υ(H 2 O) = 3 моль;

4) m(NH 3) = υ(NH 3) · М(NH 3) = 3 моль · 17 г/моль = 51 г.
ано:

m(H 2 O) = 54г

υ(NH 3) = υ(H 2 O)

Ответ: Аммиак массой 51 г содержит столько молекул, сколько их содержится в воде массой 54 г.

Ключевые слова и термины

Русские	Английские	Французские	Арабские
измерять	to measure	mesurer	يقيس
Ион	ion	ion	أيون
количество	quantity	quantite	كمية
Моль	mole	mole	مول
постоянная	constant	constant	ثابت؛دائم؛مستمر
разделить	to divide	diviser, separer	يقسم
формула химическая	chemical formula	formule chimique	قانون؛
число	number	nombre	رقم ؛عدد

^ Обратите внимание!

1) что содержит что

Моль содержит 6,02 · 10 23 частиц.

2) столько…, сколько

Моль содержит столько частиц, сколько содержится атомов в углероде массой 12 г.

3) что выражается в чем

Молярная масса вещества выражается в граммах на моль (г/моль).

Контрольные вопросы

Что такое количество вещества?
В каких единицах выражают количество вещества?
Что такое моль?
Что показывает постоянная Авогадро?
Что называется молярной массой? В каких единицах выражают молярную массу?
Как рассчитывается: а) молярная масса; б) количество вещества;

в) масса вещества; г) масса молекулы, атома; д) количество атомов,

Молекул?

Задания для самостоятельной работы

1. Рассчитайте молярные массы веществ: а)I 2 , б) O 3 , в) P 2 O 5 , г) HCl,

Д) Cl 2 , е) H 3 PO 4 , ж) NH 4 NO 3 , з) Mg(NO 3) 2 .

2. Какое количество вещества содержится: а) в серной кислоте H 2 SO 4

Массой 9,8 г; б) в КОН массой 11,2 г; в) в железе массой 0,56 г?

3. Рассчитайте массу: а) молекулярного водорода Н 2 количеством

Вещества 2 моль; б) атомарного кислорода количеством вещества

3 моль; в) воды количеством вещества 0,3 моль.

4. Рассчитайте массу молекул: а) О 3 , б) О 2 , в) H 2 SO 4 .

5. Сколько молекул содержится: а) в аммиаке NH 3 массой 3,4 г; б) в

Водороде Н 2 массой 4 г; в) в серной кислоте H 2 SO 4 массой 49 г?

6. Сколько атомов всех элементов содержится: а) в аммиаке NH 3

Массой 3,4 г; б) в водороде Н 2 массой 4 г; в) в серной кислоте H 2 SO 4

Массой 49 г?

7. Какая масса хлороводорода HCl содержит столько молекул, сколько

Их в воде массой 49 г?

8. Какая масса водорода Н 2 содержит столько атомов, сколько их в

Сере S массой 6,4 г?

§ 8. Химические формулы. Массовая доля вещества.

Расчеты по химическим формулам

Состав вещества выражают с помощью химических формул.

^ Химическая формула – это условная запись состава вещества с помощью химических символов и (если нужно) индексов.

Читаем: «пять-аш-два-о».

Обозначает: пять молекул воды.

индекс (показывает количество атомов данного элемента в молекуле)

коэффициент (показывает количество молекул)

Химическая формула показывает:

Качественный состав (из каких элементов состоит вещество);
Количественный состав (сколько атомов каждого элемента входит в состав молекулы);
Одну молекулу вещества .

Например, формула H 2 SO 4 (аш-два-эс-о-четыре) показывает:

молекула серной кислоты состоит из атомов водорода, серы и кислорода;
молекула содержит два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода;
одну молекулу серной кислоты;
H 2 SO 4 – это сложное вещество, потому что состоит из атомов разных химических элементов.

Формула О 3 (о-три) показывает:

молекула озона состоит из атомов кислорода;
в состав молекулы входят три атома кислорода;
одну молекулу озона;
О 3 – это простое вещество, потому что состоит из атомов одного элемента.

По химической формуле можно вычислить :

относительную молекулярную массу вещества;
массовую долю каждого элемента в веществе (в долях единицы или в процентах).

Массовая доля вещества – это отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы .

где ω(Х) (ω – читаем «омега») – массовая доля вещества Х; m(Х) – масса вещества Х; m – масса всей системы.

^ Массовая доля элемента – это отношение суммарной атомной массы элемента к относительной молекулярной массе .

где n – число атомов элемента; Ar – относительная атомная масса элемента;

Mr – относительная молекулярная масса.

Массовая доля выражается в долях единицы или в процентах.

Пример 1. Вычислите относительную молекулярную массу карбоната кальция СаСО 3 . Определите массовую долю каждого элемента в СаСО 3 .

Д
Решение:

Ar(Ca) = 40, Ar(O) = 16, Ar(С) = 12

Mr(CaCO 3) = 40 + 12 + 3 · 16 =100

ано:

ω
или 40 %;
(Са) = ?

или 12 %;

или 48 %.

Ответ: Mr(CaCO 3) = 100; массовая доля кальция 0,4; углерода – 0,12;

Кислорода – 0,48.

Ключевые слова и термины

Русские	Английские	Французские	Арабские
вычислить	to calculate	calculer	يحسب؛يعد
Доля	part, portion	part, partie	جزء
качественный	qualitative	qualificatif	نوعي؛ذو علاقة بالنوع
количественный	quantitative	quantitatif	كمي؛مقداري
массовый	mass	masse	كتلي
определение	definition	definition	تعريف؛تحديد
процентный	percentage	pourcentage	نسبة مئوية
система	system	systeme	نظام
формула	formula	formule	قانون؛

^ Обратите внимание!

1) что выражают (изображают) с помощью чего

Состав вещества изображают с помощью химических

формул .

2) что показывает что

Химическая формула показывает состав молекулы .

3) что содержит что

Молекула содержит два атома водорода, один атом серы и

четыре атома кислорода.

4) в состав чего входит что

В состав молекулы входят три атома кислорода.

5) по чему (дательный падеж) можно + инфинитив + что

По химической формуле можно вычислить относительную

молекулярную массу.

Контрольные вопросы

Что называется химической формулой?
Что показывает: а) химическая формула; б) индекс;

в) коэффициент?

Что такое массовая доля?

Задания для самостоятельной работы

1. Напишите формулы:

Натрий – два – о

Калий – два – эс

Аш – эн – о – три

Аш – два – эс – о – четыре

Алюминий – два – эс – о – четыре – трижды

Ферум – о – аш – трижды

Цинк – о – аш – дважды

Марганец – о

2. Прочитайте и запишите название формул:

P 2 O 5

BaSO 4

3. Напишите формулы веществ, в которых содержится: а) один атом

Серы и три атома кислорода; б) два атома натрия и один атом серы;

В) два атома водорода, один атом серы и три атома кислорода;

Г) один атом свинца, два атома азота и шесть атомов кислорода;

Д) один атом кальция и два атома хлора.

4. Обозначьте химическими символами или формулами: а) два атома

Серы; б) три атома азота; в) семь молекул воды; г) один атом хлора;

Д) пять атомов меди; е) три молекулы серной кислоты.

5. Вычислите относительные молекулярные массы веществ: а) H 3 AsO 4 ;

Б) MgCl 2 ; в) Fe 2 (SO 4) 3 ; г) Al 2 O 3 ; д) Ca 3 (PO 4) 2 . Определите массовую

Долю каждого элемента в этих веществах.