في عملية تطوير العلم ، واجهت الكيمياء مشكلة حساب كمية مادة ما لتنفيذ التفاعلات والمواد التي تم الحصول عليها في مسارها.

اليوم لمثل هذه الحسابات تفاعل كيميائيبين المواد والمخاليط تستخدم قيمة الكتلة الذرية النسبية المدخلة في الجدول الدوري العناصر الكيميائيةدي آي مينديليف.

العمليات الكيميائية وتأثير نسبة عنصر في المواد على مسار التفاعل

العلم الحديث تحت تعريف "الكتلة الذرية النسبية لعنصر كيميائي" يعني عدد المرات التي تزيد فيها كتلة ذرة عنصر كيميائي معين عن واحد على اثني عشر ذرة كربون.

مع قدوم عصر الكيمياء والحاجة إلى تعريفات دقيقةنما مسار التفاعل الكيميائي ونتائجه.

لذلك ، حاول الكيميائيون باستمرار حل مشكلة الكتل الدقيقة للعناصر المتفاعلة في المادة. كان أحد أفضل الحلول في ذلك الوقت هو الانجذاب إلى العنصر الأخف وزناً. وأخذ وزن ذرته كواحد.

المسار التاريخي لعد المادة

في البداية ، تم استخدام الهيدروجين ، ثم الأكسجين. لكن تبين أن طريقة الحساب هذه غير دقيقة. والسبب في ذلك هو وجود نظائر كتلتها 17 و 18 في الأكسجين.

لذلك ، فإن وجود مزيج من النظائر يعطي تقنيًا عددًا غير ستة عشر. اليوم ، يتم حساب الكتلة الذرية النسبية للعنصر بناءً على وزن ذرة الكربون المأخوذة كأساس ، بنسبة 1/12.

وضع دالتون أسس الكتلة الذرية النسبية للعنصر

بعد مرور بعض الوقت فقط ، في القرن التاسع عشر ، اقترح دالتون الحساب باستخدام أخف عنصر كيميائي - الهيدروجين. في محاضرات ألقاها لطلابه ، أوضح على الأشكال المنحوتة من الخشب كيفية ارتباط الذرات. بالنسبة للعناصر الأخرى ، استخدم البيانات التي حصل عليها علماء آخرون سابقًا.

وفقًا لتجارب لافوازييه ، يحتوي الماء على خمسة عشر بالمائة هيدروجين وخمسة وثمانين بالمائة أكسجين. باستخدام هذه البيانات ، حسب دالتون أن الكتلة الذرية النسبية للعنصر الذي يتكون منه الماء ، في هذه الحالة الأكسجين ، هي 5.67. يرجع الخطأ في حساباته إلى حقيقة أنه اعتقد بشكل غير صحيح فيما يتعلق بعدد ذرات الهيدروجين في جزيء الماء.

في رأيه ، كانت هناك ذرة هيدروجين واحدة لكل ذرة أكسجين. باستخدام بيانات الكيميائي أوستن التي تفيد بأن الأمونيا تحتوي على 20 بالمائة هيدروجين و 80 بالمائة نيتروجين ، قام بحساب الكتلة الذرية النسبية للنيتروجين. بهذه النتيجة ، توصل إلى نتيجة مثيرة للاهتمام. اتضح أن الكتلة الذرية النسبية (تم أخذ صيغة الأمونيا بشكل خاطئ مع جزيء واحد من الهيدروجين والنيتروجين) هي أربعة. اعتمد العالم في حساباته على النظام الدوري لمندليف. من التحليل ، حسب أن الكتلة الذرية النسبية للكربون كانت 4.4 ، بدلاً من الاثني عشر المقبولة سابقًا.

على الرغم من أخطائه الجسيمة ، كان دالتون هو أول من أنشأ جدولًا لبعض العناصر. لقد خضع لتغييرات عديدة خلال حياة العالم.

يؤثر المكون النظيري للمادة على قيمة دقة الوزن الذري النسبية

عند التفكير في الكتل الذرية للعناصر ، يمكن للمرء أن يلاحظ اختلاف دقة كل عنصر. على سبيل المثال ، يتكون الليثيوم من أربعة أرقام ، أما بالنسبة للفلور فهو مكون من ثمانية أرقام.

تكمن المشكلة في أن المكون النظيري لكل عنصر مختلف ومتغير. على سبيل المثال ، يحتوي الماء العادي على ثلاثة أنواع من نظائر الهيدروجين. بالإضافة إلى الهيدروجين العادي ، فإنها تشمل الديوتيريوم والتريتيوم.

الكتل الذرية النسبية لنظائر الهيدروجين هي اثنان وثلاثة على التوالي. يتبخر الماء "الثقيل" (المكون من الديوتيريوم والتريتيوم) بشكل أسوأ. لذلك ، هناك عدد أقل من نظائر الماء في حالة البخار مقارنة بالحالة السائلة.

انتقائية الكائنات الحية لنظائر مختلفة

الكائنات الحية لها خاصية انتقائية فيما يتعلق بالكربون. في المبنى جزيئات عضويةاستخدم الكربون بكتلة ذرية نسبية تساوي اثني عشر. لذلك ، تحتوي المواد ذات الأصل العضوي ، بالإضافة إلى عدد من المعادن ، مثل الفحم والنفط ، على محتوى نظيري أقل من المواد غير العضوية.
الكائنات الحية الدقيقة التي تعالج الكبريت وتراكمه تترك وراءها نظير الكبريت 32. في المناطق التي لا تعالج فيها البكتيريا ، تكون نسبة نظير الكبريت 34 ، أي أعلى من ذلك بكثير. على أساس نسبة الكبريت في صخور التربة توصل الجيولوجيون إلى استنتاج حول طبيعة أصل الطبقة - سواء كانت ذات طبيعة صخرية أو رسوبية.

من بين جميع العناصر الكيميائية ، هناك عنصر واحد فقط لا يحتوي على نظائر - الفلور. لذلك ، فإن كتلته الذرية النسبية أكثر دقة من العناصر الأخرى.

وجود مواد غير مستقرة في الطبيعة

بالنسبة لبعض العناصر ، يتم إعطاء الكتلة النسبية بين قوسين مربعين. كما ترون ، هذه عناصر موجودة بعد اليورانيوم. الحقيقة هي أنه ليس لديهم نظائر مستقرة ويتحلل مع إطلاق الإشعاع المشع. لذلك ، يشار إلى النظير الأكثر استقرارًا بين قوسين.

بمرور الوقت ، اتضح أنه من الممكن الحصول على نظير مستقر من بعضها في ظل ظروف اصطناعية. اضطررت إلى تغيير الكتل الذرية لبعض عناصر ما بعد اليورانيوم في الجدول الدوري لمندليف.

في عملية تصنيع نظائر جديدة وقياس عمرها ، كان من الممكن في بعض الأحيان العثور على نويدات ذات عمر نصف أطول بملايين المرات.

لا يقف العلم ساكناً ، حيث يتم باستمرار اكتشاف عناصر وقوانين جديدة وعلاقات لعمليات مختلفة في الكيمياء والطبيعة. لذلك ، في أي شكل ستتحول الكيمياء والنظام الدوري للعناصر الكيميائية لمندلييف في المستقبل ، في غضون مائة عام ، أمر غامض وغير مؤكد. لكني أود أن أصدق أن أعمال الكيميائيين التي تراكمت على مدى القرون الماضية سوف تخدم معرفة جديدة وأكثر كمالًا لأحفادنا.

إحدى الخصائص الرئيسية لأي عنصر كيميائي هي كتلته الذرية النسبية.

(وحدة الكتلة الذرية تساوي 1/12 من كتلة ذرة كربون ، ويفترض أن كتلتها 12 amu وهي1,66 10 24 ج.

بمقارنة كتل ذرات العناصر مع amu واحد ، أوجد القيم العددية للكتلة الذرية النسبية (Ar).

توضح الكتلة الذرية النسبية لعنصر عدد المرات التي تكون فيها كتلة ذرته أكبر من 1/12 من كتلة ذرة الكربون.

على سبيل المثال ، للأكسجين Ar (O) = 15.9994 وللهيدروجين Ar (H) = 1.0079.

بالنسبة لجزيئات المواد البسيطة والمعقدة ، حدد الوزن الجزيئي النسبي ،الذي يساوي عدديًا مجموع الكتل الذرية لجميع الذرات التي يتكون منها الجزيء. على سبيل المثال ، الوزن الجزيئي للماء هو H2O

ملغ (H2O) = 2 1.0079 + 1 15.9994 = 18.0153.

قانون أفوجادرو

في الكيمياء ، جنبًا إلى جنب مع وحدات الكتلة والحجم ، تُستخدم وحدة كمية مادة تسمى مول.

!خلد (الخامس) - وحدة قياس كمية مادة تحتوي على عدد من الوحدات الهيكلية (جزيئات ، ذرات ، أيونات) مثل عدد الذرات في 0.012 كجم (12 جم) من نظير الكربون "C".

هذا يعني أن مولًا واحدًا من أي مادة يحتوي على نفس عدد الوحدات الهيكلية ، يساوي 6,02 10 23 . هذه القيمة تسمى أفوجادرو المستمر(الرموز نلكن, البعد 1 / مول).

طرح العالم الإيطالي أماديو أفوجادرو فرضية في عام 1811 ، والتي تم تأكيدها لاحقًا من خلال البيانات التجريبية وحصلت لاحقًا على الاسم قانون أفوجادرو.ولفت الانتباه إلى حقيقة أن جميع الغازات مضغوطة بالتساوي (قانون Boyle-Mariotte) ولها نفس معاملات التمدد الحراري (قانون Gay-Lussac). واقترح في هذا الصدد ما يلي:

تحتوي أحجام متساوية من الغازات المختلفة في نفس الظروف على نفس عدد الجزيئات.

في ظل نفس الظروف (يتحدثون عادة عن الظروف العادية: الضغط المطلق هو 1013 مليبار ودرجة الحرارة 0 درجة مئوية) ، والمسافة بين جزيئات جميع الغازات هي نفسها ، وحجم الجزيئات لا يكاد يذكر. بالنظر إلى كل ما سبق ، يمكننا وضع افتراض:

إذا احتوت كميات متساوية من الغازات تحت نفس الظروفنفس عدد الجزيئات ، إذن يجب أن يكون للكتل التي تحتوي على نفس العدد من الجزيئات نفس الأحجام.

بعبارات أخرى،

في ظل نفس الظروف ، يحتل 1 مول من أي غاز نفس الحجم. في ظل الظروف العادية ، يحتل 1 مول من أي غاز حجمًا الخامس، ما يعادل 22.4 لتر. هذا الحجم يسمىالحجم المولي للغاز (البعد لتر / مول أو م³ / مول).

القيمة الدقيقة للحجم المولي للغاز في الظروف العادية (الضغط 1013 مليبار ودرجة الحرارة 0 درجة مئوية) هي 22.4135 ± 0.0006 لتر / مول. في ظل الظروف القياسية (ر= + 15 درجة C ، الضغط = 1013 ملي بار) 1 مول من الغاز يحتل حجم 23.6451 لترًا ، وفير\ u003d + 20 درجة مئوية وضغط 1013 ملي بار ، يحتل 1 مول حجمًا يبلغ حوالي 24.2 لترًا.

من الناحية العددية ، تتطابق الكتلة المولية مع كتل الذرات والجزيئات (في amu) والكتلة الذرية والجزيئية النسبية.

لذلك ، 1 مول من أي مادة له مثل هذه الكتلة بالجرام ، والتي تساوي عدديًا الوزن الجزيئي لهذه المادة ، معبرًا عنه بوحدات الكتلة الذرية.

على سبيل المثال ، M (O2) = 16 أ. إم 2 \ u003d 32 صباحًا وهكذا ، فإن 1 مول من الأكسجين يقابل 32 جم ، وترتبط كثافات الغازات المقاسة في نفس الظروف مع كتلتها المولية. نظرًا لأن المواد الجزيئية (السوائل والأبخرة والغازات) هي الهدف الرئيسي للمشاكل العملية أثناء نقل الغازات المسيلة على ناقلات الغاز ، فإن الكميات الرئيسية المطلوبة ستكون الكتلة المولية م(جم / مول) ، كمية المادة الخامسفي الشامات والكتلة رالمواد بالجرام أو الكيلوغرامات.

من خلال معرفة الصيغة الكيميائية لغاز معين ، من الممكن حل بعض المشكلات العملية التي تنشأ أثناء نقل الغازات المسيلة.

مثال 1. يوجد 22 طنًا من الإيثيلين المسال في خزان السطح (من2 ح4 ). من الضروري تحديد ما إذا كان هناك ما يكفي من البضائع على متن السفينة لتطهير ثلاثة صهاريج بضائع سعة كل منها 5000 م 3 ، إذا كانت درجة حرارة الخزانات ، بعد التطهير ، 0 درجة مئوية والضغط 1013 مليبار.

1. تحديد الوزن الجزيئي للإيثيلين:

م = 2 12.011 + 4 1.0079 = 28.054 جم / مول.

2. نحسب كثافة بخار الإيثيلين في ظل الظروف العادية:

ρ \ u003d M / V = ​​28.054: 22.4 = 1.232 جم / لتر.

3. أوجد حجم بخار البضائع في الظروف العادية:

22 ∙ 10 6: 1.252 = 27544 م 3.

الحجم الإجمالي لخزانات البضائع 15000 م 3. وبالتالي ، هناك حمولة كافية على متنها لتطهير جميع صهاريج البضائع ببخار الإيثيلين.

مثال 2. من الضروري تحديد كمية البروبان (من3 ح8 ) سوف تكون هناك حاجة لتطهير خزانات البضائع بسعة إجمالية 8000 م 3 إذا كانت درجة حرارة الخزانات +15 درجة مئوية ، ولن يتجاوز ضغط بخار البروبان في الخزان بعد انتهاء التطهير 1013 مليبار.

1. تحديد الكتلة المولية للبروبان من3 ح8

م = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44.1 جم / مول.

2. تحديد كثافة بخار البروبان بعد تطهير الخزانات:

ρ \ u003d M: v = 44.1: 23.641 = 1.865 كجم / م 3.

3. بمعرفة كثافة وحجم البخار ، نحدد الكمية الإجمالية للبروبان المطلوب لتطهير الخزان:

م = ρ v = 1.865 8000 = 14920 كجم ≈ 15 طنًا.

لقياس كتلة الذرة ، يتم استخدام الكتلة الذرية النسبية ، والتي يتم التعبير عنها بوحدات الكتلة الذرية (amu). الكتلة الجزيئية النسبية هي مجموع الكتل الذرية النسبية للمواد.

المفاهيم

لفهم ماهية الكتلة الذرية النسبية في الكيمياء ، يجب أن نفهم أن الكتلة المطلقة للذرة أصغر من أن يتم التعبير عنها بالجرام ، وحتى بالكيلوجرامات. لذلك ، في الكيمياء الحديثة ، 1/12 من كتلة الكربون تؤخذ كوحدة كتلة ذرية (amu). الكتلة الذرية النسبية تساوي نسبة الكتلة المطلقة إلى 1/12 من الكتلة المطلقة للكربون. بعبارة أخرى ، تعكس الكتلة النسبية عدد المرات التي تزيد فيها كتلة ذرة مادة معينة عن 1/12 من كتلة ذرة كربون. على سبيل المثال ، الكتلة النسبية للنيتروجين هي 14 ، أي تحتوي ذرة النيتروجين على 14 أ. م أو 14 مرة أكثر من 1/12 من ذرة كربون.

أرز. 1. الذرات والجزيئات.

من بين جميع العناصر ، الهيدروجين هو الأخف وزنا ، كتلته 1 وحدة. أثقل ذرات كتلة 300 amu. تأكل.

الوزن الجزيئي - قيمة توضح عدد المرات التي تزيد فيها كتلة الجزيء عن 1/12 من كتلة الكربون. أعرب أيضا في. ه.م.تتكون كتلة الجزيء من كتلة الذرات ، لذلك ، لحساب الكتلة الجزيئية النسبية ، من الضروري إضافة كتل ذرات المادة. على سبيل المثال ، الوزن الجزيئي النسبي للماء هو 18. هذه القيمة هي مجموع الكتل الذرية النسبية لذرتين من الهيدروجين (2) وذرة أكسجين واحدة (16).

أرز. 2. الكربون في الجدول الدوري.

كما ترى ، فإن هذين المفهومين لهما عدة خصائص مشتركة:

  • إن الكتل الذرية والجزيئية النسبية لمادة ما هي كميات بلا أبعاد ؛
  • يُرمز إلى الكتلة الذرية النسبية A r ، الكتلة الجزيئية - M r ؛
  • وحدة القياس هي نفسها في كلتا الحالتين - أ. تأكل.

تتطابق الكتلة المولية والجزيئية عدديًا ، لكنهما يختلفان في الأبعاد. الكتلة المولية هي نسبة كتلة المادة إلى عدد المولات. يعكس كتلة الخلد الواحد ، وهو ما يساوي عدد أفوجادرو ، أي 6.02 ⋅ 10 23. على سبيل المثال ، يزن 1 مول من الماء 18 جم / مول ، و M r (H 2 O) = 18 أ. إم (18 مرة أثقل من وحدة كتلة ذرية واحدة).

كيفية حساب

للتعبير عن الكتلة الذرية النسبية رياضيًا ، يجب تحديد أن نصف جزء من الكربون أو وحدة كتلة ذرية واحدة تساوي 1.66 × 10 × 24 جم. لذلك ، فإن صيغة الكتلة الذرية النسبية هي كما يلي:

أ ص (س) = م أ (س) / 1.66⋅10 24 ،

حيث م ا هي الكتلة الذرية المطلقة للمادة.

يُشار إلى الكتلة الذرية النسبية للعناصر الكيميائية في الجدول الدوري لمندليف ، لذلك لا يلزم حسابها بشكل مستقل عند حل المشكلات. عادة ما يتم تقريب الكتل الذرية النسبية إلى أعداد صحيحة. الاستثناء هو الكلور. كتلة ذراته 35.5.

تجدر الإشارة إلى أنه عند حساب الكتلة الذرية النسبية للعناصر التي تحتوي على نظائر ، يتم أخذ متوسط ​​قيمتها في الاعتبار. يتم حساب الكتلة الذرية في هذه الحالة على النحو التالي:

أ ص = A r ، أنا n أنا ،

حيث A r ، i هي الكتلة الذرية النسبية للنظائر ، n i هي محتوى النظائر في الخلائط الطبيعية.

على سبيل المثال ، يحتوي الأكسجين على ثلاثة نظائر - 16 O ، 17 O ، 18 O. كتلتها النسبية هي 15.995 ، 16.999 ، 17.999 ، ومحتواها في الخلائط الطبيعية 99.759٪ ، 0.037٪ ، 0.204٪ على التوالي. بقسمة النسب المئوية على 100 واستبدال القيم ، نحصل على:

أ ص = 15.995 0.99759 + 16.999 ∙ 0.00037 + 17.999 ∙ 0.00204 = 15.999 وحدة دولية

بالرجوع إلى الجدول الدوري ، من السهل العثور على هذه القيمة في خلية أكسجين.

أرز. 3. الجدول الدوري.

الوزن الجزيئي النسبي - مجموع كتل ذرات المادة:

تؤخذ مؤشرات الرموز في الاعتبار عند تحديد قيمة الوزن الجزيئي النسبي. على سبيل المثال ، حساب كتلة H 2 CO 3 هو كما يلي:

م ص \ u003d 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 \ u003d 62 أ. تأكل.

معرفة الوزن الجزيئي النسبي ، يمكن للمرء حساب الكثافة النسبية لغاز واحد من الثاني ، أي تحديد عدد المرات التي تكون فيها مادة غازية واحدة أثقل من الثانية. لهذا ، يتم استخدام المعادلة D (y) x \ u003d M r (x) / M r (y).

ماذا تعلمنا؟

من درس الصف الثامن ، تعلمنا عن الكتلة الذرية والجزيئية النسبية. وحدة الكتلة الذرية النسبية هي 1/12 من كتلة الكربون ، وتساوي 1.66⋅10 24 جم. لحساب الكتلة ، من الضروري قسمة الكتلة الذرية المطلقة للمادة على وحدة الكتلة الذرية (a.m.u.) . يتم إعطاء قيمة الكتلة الذرية النسبية في النظام الدوريمندليف في كل خلية من العنصر. الوزن الجزيئي للمادة هو مجموع الكتل الذرية النسبية للعناصر.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.6 مجموع التصنيفات المستلمة: 219.

تعليمات

الشيء الوحيد الذي تحتاجه هو الجدول الدوري. في ذلك ، يتم تعيين مكان محدد بدقة لكل عنصر - "خلية" أو "خلية". توجد في أي خلية معلومات تحتوي على مثل هذه المعلومات: عنصر يتكون من حرف واحد أو حرفين لاتينيين ، ترتيبي (ذري) ، يتوافق مع عدد البروتونات في نواة الذرة وقيمة شحنتها الموجبة ، وتوزيع الإلكترونات على المستويات والمستويات الفرعية الإلكترونية. وهناك قيمة أخرى مهمة للغاية - نفس الكتلة الذرية ، والتي تشير إلى عدد المرات التي تكون فيها ذرة هذا العنصر أثقل من وحدة الكربون المرجعية.

فكر في مثال محدد. خذ صوديوم فلز قلوي ، وهو رقم 11 في الجدول الدوري ، كتلته الذرية النسبية ، المشار إليها هناك ، تقارب 22.99 وحدة دولية. (وحدات الكتلة الذرية). هذا يعني أن كل ذرة صوديوم أثقل بحوالي 22.99 مرة من وحدة الكربون المأخوذة كمعيار مرجعي. عند التقريب ، يمكن اعتبار هذه القيمة 23. لذلك ، كتلتها 23 * 1.66 * 10 أس -24 \ u003d 3.818 * 10 إلى أس -23 جرام. أو 3.818 * 10 لقوة -26 كجم. لقد حسبت الكتلة المطلقة لذرة الصوديوم.

لكن ، بالطبع ، من غير الملائم للغاية استخدام مثل هذه الكميات في الحسابات. لذلك ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام الكتل الذرية النسبية. والكتلة الذرية النسبية لنفس الصوديوم تقارب 22.99 وحدة دولية.

بالنسبة لأي عنصر في الجدول الدوري ، يشار إلى كتلته الذرية النسبية. إذا دعت الحاجة ، يمكنك بسهولة حساب الكتلة الذرية المطلقة بضرب قيمة الكتلة الذرية النسبية في قيمة وحدة الكربون (1.66 * 10 أس -24 جرام).

فيديوهات ذات علاقة

الكيمياء علم دقيق ، لذلك عند الخلط مواد مختلفةتحتاج فقط إلى معرفة نسبها بالضبط. للقيام بذلك ، يجب أن تكون قادرًا على إيجاد كتلة المادة. يمكن القيام بذلك بطرق مختلفة ، اعتمادًا على الكميات التي تعرفها.

تعليمات

إذا كنت تعرف قيم المادة ومقدارها ، فقم بتطبيق صيغة أخرى لتحديد كتلة المادة بضرب قيمة كمية المادة في كتلتها المولية (m (x) \ u003d n * M ). إذا كانت كمية مادة ما غير معروفة ، ولكن تم إعطاء عدد الجزيئات فيها ، فاستخدم رقم أفوجادرو. أوجد كمية المادة بقسمة عدد جزيئات المادة (N) على رقم أفوجادرو (NA = 6.022x1023): n = N / NA ، واستبدلها بالصيغة أعلاه.

لإيجاد الكتلة المولية مادة معقدة، اجمع الكتل الذرية لكل ما بداخلها. خذ الكتل الذرية من جدول D. I. Mendeleev في تدوين العناصر المقابلة (للتسهيل ، قم بتدوير الكتل الذرية إلى الرقم الأول بعد الفاصلة العشرية). ثم تصرف في الصيغة ، مع استبدال قيمة الكتلة المولية هناك. لا تنس الفهارس: ما هو فهرس العنصر صيغة كيميائية(أي كم عدد الذرات في مادة ما) ، بقدر ما تحتاج إلى مضاعفة الكتلة الذرية.

إذا كان عليك التعامل مع محلول ، وكنت تعرف الكسر الكتلي للمادة المرغوبة ، لتحديد كتلة هذه المادة ، اضرب الكسر الكتلي للمادة بكتلة المحلول بأكمله وقسم الناتج على 100٪ ( م (س) \ u003d ث * م / 100٪).

قم بعمل معادلة لتفاعل مادة ما ، واحسب كمية المادة المستلمة أو المنفقة منها ، ثم استبدل الكمية الناتجة من المادة في الصيغة المعطاة لك.


أغلق