Молекула: маса молекули. Розміри і маса молекул

Склад речовин складний, хоча утворені вони крихітними частинками - атомами, молекулами, іонами. Молекулярну будову мають багато рідини і гази, а також деякі тверді тіла. З атомів і заряджених іонів складаються метали, багато солі. Всі частинки мають масу, навіть сама крихітна молекула. Маса молекули, якщо виразити її в кілограмах, отримує дуже маленьке значення. Наприклад, m (Н₂О) = 30 • 10^-27 кг. Такі найважливіші характеристики речовини, як маса і розміри мікрочастинок, здавна вивчають фізики та хіміки. Основи були закладені в працях Михайла Ломоносова і Джона Дальтона. Розглянемо, як змінилися з тих пір погляди на мікросвіт.

Уявлення Ломоносова про «корпускули»

Припущення про дискретно будову речовини висловлювали вчені Стародавньої Греції. Тоді ж було дано назву «атом» найдрібнішої неподільної частці тіл, «цеглинці» світобудови. Великий російський дослідник М. В. Ломоносов писав про мізерно малою, неподільної фізичними способами частці будови речовини - корпускул. Пізніше в працях інших учених вона отримала назву «молекула».

Маса молекули, а також її розміри, визначаються властивостями складових її атомів. Довгий час вченим не вдавалося заглянути вглиб мікросвіту, що гальмувало розвиток хімії та фізики. Ломоносов неодноразово закликав колег вивчати і в своїй роботі спиратися на точні кількісні дані - «міру і вагу». Завдяки роботам російського хіміка і фізика були закладені основи вчення про будову речовини, які стали складовою частиною стрункої атомно-молекулярної теорії.

Атоми і молекули - «цеглинки світобудови»

Навіть мікроскопічно малі тіла складно влаштовані, володіють різними властивостями. Такі частинки, як атоми, утворені ядром та електронними шарами, відрізняються за кількістю позитивних і негативних зарядів, радіусу, масі. Атоми і молекули існують у складі речовин не ізольовано, вони притягуються з різною силою. Більш помітно дія сил тяжіння в твердих тілах, слабкіше - в рідинах, майже не відчуваються в газоподібних речовинах.

Хімічні реакції не супроводжуються руйнуванням атомів. Найчастіше відбувається їх перегрупування, виникає інша молекула. Маса молекули залежить від того, якими атомами вона утворена. Але при всіх змінах атоми залишаються хімічно неподільними. Але вони можуть увійти до складу різних молекул. При цьому атоми зберігають властивості того елемента, до якого відносяться. Молекула до свого розпаду на атоми зберігає всі ознаки речовини.

Мікрочастинка будови тіл - молекула. Маса молекули

Для вимірювання маси макротел використовуються прилади, найстаріший з яких - ваги. Результат вимірювання зручно отримувати в кілограмах, адже це основна одиниця міжнародної системи фізичних величин (СІ). Щоб визначити масу молекули в кілограмах, треба скласти атомні маси з урахуванням кількості частинок. Для зручності була введена спеціальна одиниця маси - атомна. Можна записати її у вигляді літерного скорочення (а.е.м.). Ця одиниця відповідає однієї дванадцятої частини маси вуглецевого нуклида ¹²С.

Якщо виразити знайдене значення в стандартних одиницях, то отримуємо 1,66 • 10^-27 кг. Такими малими показниками для маси тіл оперують, в основному, фізики. У статті наведена таблиця, з якої можна дізнатися, чому дорівнюють маси атомів деяких хімічних елементів. Щоб дізнатися, чому дорівнює маса однієї молекули водню в кілограмах, помножимо на два наведену в таблиці атомну масу цього хімічного елемента. В результаті отримаємо значення маси молекули, що складається з двох атомів.

Відносна молекулярна маса

Важко оперувати в розрахунках дуже маленькими величинами, це незручно, призводить до витрат часу, до помилок. Що стосується маси мікрочастинок, то виходом зі скрутної ситуації стало застосування відносних величин. Звичний для хіміків термін складається з двох слів - «атомна маса», його позначення - Ar. Ідентичне поняття було введено для молекулярної маси (те ж саме, що маса молекули). Формула, що зв`язує дві величини: Mr = m (в-ва) / 1/12 m (¹²C).

Нерідко можна почути, що говорять «молекулярна вага». Цей застарілий термін ще вживається по відношенню до маси молекули, але все рідше. Справа в тому, що вага - це інша фізична величина - сила, яка залежить від географічних координат тіла. Навпаки, маса служить постійною характеристикою частинок, які беруть участь у хімічних процесах і переміщаються зі звичайною швидкістю.

Як визначити масу молекули

Точне визначення ваги молекули проводять за допомогою приладу - мас-спектрометра. Для вирішення завдань можна використовувати відомості з періодичної системи. Наприклад, маса молекули кисню дорівнює 16 • 2 = 32. Виконаємо нескладні розрахунки і знайдемо значення величини Mr (H₂O) - відносної молекулярної маси води. По таблиці Менделєєва визначимо, що маса атома кисню - 16, водню - 1. Проведемо нескладні розрахунки: M_r(H₂O) = 1 • 2 + 16 = 18, де M_r - молекулярна маса, H₂O - молекула води, H - символ елемента водню, О - хімічний знак кисню.

Маси ізотопів

Хімічні елементи в природі і техніці існують у вигляді декількох різновидів атомів - ізотопів. Кожен з них володіє індивідуальною масою, її величина не може мати дробове значення. Але атомна маса хімічного елемента найчастіше представляє собою число з кількома знаками після коми. При підрахунках враховується поширеність кожного різновиду в земній корі. Тому маси атомів у періодичній системі не завжди є цілими числами. Використовуючи такі величини для розрахунків, ми отримуємо маси молекул, які також не є цілими числами. В деяких випадках допускається округлення значень.

Молекулярна маса речовин немолекулярного будови

Більшість неорганічних речовин не має молекулярної будови. Метали складаються з атомів, іонів і вільних електронів, солі - з катіонів та аніонів. Для речовин немолекулярного будови також підраховують масу умовних молекул по брутто-формулою, що відбиває найпростіший склад. Знайдемо значення Mr для речовини іонного будови - кухонної солі, формула якої NaCl. M_r = 23 + 35,5 = 55,5. Для деяких видів розрахунків потрібно молекулярна маса повітря - суміші газів. З урахуванням процентного вмісту різних речовин в атмосфері молекулярна маса повітря дорівнює 29.

Розміри і маса молекул

На електронних мікрофотографіях великих молекул можна розглянути окремі атоми, але вони настільки малі, що в звичайний мікроскоп не видні. Лінійний розмір частки кожного речовини, як і маса, - це постійна характеристика. Діаметр молекули залежить від радіусів утворюють її атомів, їх взаємного тяжіння. Розміри частинок змінюються зі збільшенням числа протонів і енергетичних рівнів. Атом водню - найменший за розмірами, його радіус становить усього 0,5 • 10^-8 см. Атом урану в три рази більше атома водню. Справжні «велетні» мікросвіту - молекули органічних речовин. Так, лінійний розмір однієї з протеїнових частинок дорівнює 44 • 10^-8 см.

Підіб`ємо підсумок: маса молекул - це сума мас атомів, що входять до їх складу. Абсолютне значення в кілограмах можна отримати, помноживши значення молекулярної маси, знайдене в таблиці Менделєєва, на величину 1,66 • 10^-27 кг.

Молекули мізерно малі в порівнянні з макротела. Наприклад, за своїми розмірами молекула води Н₂Про поступається яблуку в стільки ж разів, у скільки разів цей фрукт менше нашої планети.