Информационно-развлекательный сайт На главную
Глава I. Атомно-молекулярное учение
10. Определение молекулярных масс веществ, находящихся в газообразном состоянии
Для определения относительной молекулярной массы вещества (в а. е. м.) обычно находят численно равную ей мольную массу вещества (в г). Если вещество находится в газообразном состоянии, то его мольная масса может быть найдена с помощью закона Авогадро.
По закону Авогадро, равные объемы газов, взятых при одинаковой температуре и одинаковом давлении, содержат равное число молекул. Отсюда следует, что массы равных объемов двух газов должны относиться друг к другу, как их молекулярные массы или как численно равные им мольные массы:
m1 M1
------- = -------
m2 M2
Здесь m1 и m2 - массы, а М1 и М2 - мольные массы первого и второго газов.
Отношение массы данного газа к массе того же объема другого газа, взятого при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.
Например, масса 1л диоксида углерода равна 1,98 г, а масса 1 л водорода при тех же условиях — 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98:0,09=22.
Обозначим относительную плотность газа m1/m2 буквой D. Тогда
. M1
D = ------
. M2
откуда
M1 = DM2
Мольная масса газа равна его плотности по отношению к другому газу, умноженной на мольную массу второго газа.
Часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов. Поскольку мольная масса водорода равна 2,0158 г/моль, то в этом случае уравнение для расчета мольных масс принимает вид
М1 = 2,0158 D
или, если округлить мольную массу водорода до 2:
М1 = 2 D
Вычисляя, например, по этому уравнению мольную массу диоксида углерода, плотность которого по водороду, как указано выше, равна 22, находим:
М1 = 2 · 22 = 44
Нередко также мольную массу газа вычисляют, исходя из его плотности по воздуху. Хотя воздух представляет собой смесь нескольких газов, все же можно говорить о средней мольной массе воздуха, определенной из плотности воздуха по водороду. Найденная таким путем мольная масса воздуха равна 29 г/моль.
Обозначив плотность исследуемого газа по воздуху через Dвозд, получим следующее уравнение для вычисления мольных масс:
М1 = 29 Dвозд
Мольную массу вещества (а следовательно, и его относительную молекулярную массу) можно определить и другим способом, используя понятие о мольном объеме вещества в газообразном состоянии. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой данного вещества в газообразном состоянии, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества при тех же условиях. Полученная величина и выражает мольную массу вещества (в г/моль).
Пример. 0,7924 г хлора при 0 °С и давлении 101,325 кПа занимают объем, равный 250 мл. Вычислить относительную молекулярную массу хлора.
Находим массу хлора, содержащегося в объеме 22,4 л (22400 мл):
22400 • 0,7924
m = —————————
~ 71 г
250
Следовательно, мольная масса хлора равна 71 г/моль, а относительная молекулярная масса хлора равна 71 а.е.м.
Измерения объемов газов обычно проводят при условиях, отличных от нормальных. Для приведения объема газа к нормальным условиям можно пользоваться уравнением, объединяющим газовые законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака
Здесь V —объем газа при давлении Р и температуре Т; V0 — объем газа при нормальном давлении Р0 (101,325 кПа или 760 мм рт. ст.) и температуре Т0 (273 К, точнее 273,15 К).
Мольные массы газов можно вычислить также, пользуясь уравнением состояния идеального газа — уравнением Клапейрона — Менделеева
где Р — давление газа, Па; V — его объем, м3; m — масса вещества, г; М — его мольная масса, г/моль; Т — абсолютная температура, К; R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль-К).
Если объем газа выражен в литрах, то уравнение Клапейрона — Менделеева приобретает вид
Описанными способами можно определять молекулярные массы не только газов, но и всех веществ, переходящих при нагревании (без разложения) в газообразное состояние. Для этого навеску исследуемого вещества превращают в пар и измеряют его объем, температуру и давление. Последующие вычисления производят так же, как и при определении молекулярных масс газов.
Молекулярные массы, определенные этими способами, не вполне точны, потому что рассмотренные газовые законы и уравнение Клапейрона — Менделеева строго справедливы лишь при очень малых давлениях. Более точно молекулярные массы вычисляют на основании данных анализа вещества.
Страница создана по материалам книги: Н. Л. Глинка. Общая химия. Изд. 21-е. Ленинград "ХИМИЯ". Ленинградское отделение 1980. 720 с.
© Сайт защищён авторскими правами. Перепечатка любого материала только с активной ссылкой на наш сайт www.znauvse.com.
Написать web-мастеру:
e-mail: admin@znauvse.com
ICQ: 354951797
