Что такое относительная атомная масса относительная молекулярная масса
Молекулярная физика. Атомная единица массы. Атомная масса.
Атомная единица массы.
Атомная единица массы (а.е.м.) — единица массы, равная 1/12 массы атома изотопа углерода 12 С:
Чтобы перевести значение массы атомов или молекул, выраженной в а.е.м., т. е. относительную молекулярную (или атомную) массу вещества Mr, в единицу массы СИ (кг), пользуются формулой:
.
Относительная молекулярная масса (атомная масса) — относительное значение массы молекулы (атома), выраженное в атомных единицах массы:
,
где Mr — относительная молекулярная (атомная) масса; m0 — масса молекулы (атома), выраженная в единицах СИ (кг); m0С — масса молекулы изотопа углерода 12 С, выраженная в тех же единицах, что и m0.
.
Атомная масса была взята Д. И. Менделеевым за основную характеристику элемента при открытии им периодической системы элементов. Атомная масса — дробная величина, в отличие от массового числа — количества нуклонов в атоме.
Относительная молекулярная масса вещества складывается из относительных атомных масс (а.м.) входящих в молекулу элементов.
Атомные массы всех химических элементов точно измерены.
Относительная атомная и молекулярная массы
Урок 12. Химия. Вводный курс. 7 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Относительная атомная и молекулярная массы»
Если посмотреть в периодическую таблицу Д. И. Менделеева, то можно заметить, что все элементы в ней расположены в клетках. В таких клетках изображён знак химического элемента, его название. Вверху клетки указан порядковый, или атомный, номер. Над символом элемента – его название.
Например, рассмотрим клетку, где расположен элемент сера. Здесь указано название элемента, его символ. Вверху стоит число 16. А что же обозначает нижнее число 32,064?
Это число называется относительной атомной массой. Как известно, важным свойством атомов является их масса, она выражается в граммах, киллограммах, миллиграммах.
Ещё в девятнадцатом веке, когда все учёные наконец-то приняли атомно- молекулярное учение (то есть было доказано, что вещества состоят из молекул и атомов), были рассчитаны атомные массы химических элементов.
Эти массы оказались очень маленькими. Это и понятно, ведь атомы настолько малы, что их не увидишь даже в самые мощные микроскопы.
Для удобства массы атомов химических элементов сравнивают с массой атома самого лёгкого химического элемента – водорода. Масса атома водорода равна 1. Поэтому можно сказать, что масса атома серы в 32 раза больше массы атома водорода.
То есть относительная атомная масса – это величина, которая показывает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше массы атома водорода.
Относительную атомную массу обозначают символом Ar, где буква r – это первая буква английского слова relative, что означает «относительный».
Все значения относительных атомных масс округляют до целого значения по всем правилам округления. Единственным исключением является элемент хлор, у которого относительная атомная масса равна 35,5. Так, относительная атомная масса кислорода – 16, азота – 14, углерода – 12, железа – 56, меди – 64, фтора – 19, алюминия – 27, цинка – 65, фосфора – 31, брома – 80.
Как вы могли заметить, относительная атомная масса является безразмерной величиной.
Как и атомы, молекулы обладают массой. Для того, чтобы найти их массу, нужно сложить массы всех атомов, которые входят в состав молекулы.
То есть относительная молекулярная масса – это сумма относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекул.
Например, определим относительную молекулярную массу воды – Н2О. Для этого относительную атомную массу водорода умножаем на 2, так как в молекуле 2 атома водорода, на что нам указывает индекс. Затем складываем относительную атомную массу водорода с относительной атомной массой кислорода. Подставляем значения и получаем результат – 18.
Mr (H2O) = Ar (H) · 2 + Ar (O) = 1 · 2 + 16 = 18
Понятие «относительная молекулярная масса» справедливо только для веществ молекулярного строения, если же вещество состоит из атомов или ионов, тогда вместо относительной молекулярной массы говорят об относительной формульной массе.
Определим относительную молекулярную массу углекислого газа – СО2. Для этого относительную атомную массу углерода складываем с относительной атомной массой кислорода, умноженной на два, так как в молекуле 2 атома кислорода. Подставляем значения относительных атомных масс: 12 складываем с 32 и получаем 44.
Mr (CO2) = Ar (C) + Ar (O) · 2 = 12 + 16 · 2 = 44
Найдём относительную формульную массу NaNO3. Для этого относительную атомную массу натрия складываем с относительной атомной массой азота и относительной атомной массой кислорода, умноженной на три. Подставляем значения относительных атомных масс и получаем 85.
Mr (NaNO3) = Ar (Na) + Ar (N) + Ar (O) · 3 = 23 + 14 + 16 · 3 = 85
Относительная атомная и молекулярная масса веществ и элементов (химия, 8 класс)
Понятие атомной единицы массы
На сегодняшний день принята договоренность, что масса атома углерода (а точнее его изотопа углерод-12) в точности равна 12 а. е. м. По этой причине используемую химиками величину иногда называют углеродной единицей. Ранее ученые использовали другие единицы – водородную и кислородную, но они по ряду причин оказались неудобными. Опыты показывают, что 1 а. е. м. равна примерно 1,66•10 –27 кг.
Атомная масса показывает, какую массу имеет тот или иной атом. Найти ее можно в таблице Менделеева. Обычно в этой таблице масса записана как дробное число, очень близкое к какому-либо целому значению. Например, атомная масса водорода составляет 1,000797 а. е. м., у гелия она равна 4,0026 а. е. м., а у кислорода 15,9994 а. е. м. При решении практических задач принято округлять эти значения до целых чисел. То есть надо считать, что у водорода атомная масса равна 1 а. е. м, у гелия – 4 а. е. м., у кислорода – 16 а. е. м. Исключением является хлор, чью массу округляют до значения 35,5 а. е. м.
Важно понимать, что на самом деле у одного и того же элемента атомы могут иметь различную массу. Такие отличающиеся по массе атомы называются изотопами. У изотопов одного элемента одинаковое количество протонов, но различное количество нейтронов. При этом все изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства.
В таблице Менделеева указан средний вес всех изотопов, при этом учитывается их распространенность в природе. Например, у кислорода есть три стабильных изотопа:
С учетом этого атомная масса кислорода, указанная в таблице Менделеева, рассчитывается так:
(15,9949•99,759 + 16,9991•0,037 + 17,9991•0,204)/100 = 15,9994 а. е. м.
Видео
Почему атомная масса дробная?
Вернемся к строению атома.
Масса атома складывается из массы всех составляющих его частиц.
Массы протона и нейтрона приняты равными 1. А вот массой электрона обычно пренебрегают (по крайней мере в химии), так как даже относительная она безнадежно мала (0,0005485799090659(16) а.е.м.). То есть можно сказать, что масса атома определяется массой его ядра.
В составе ядра целое количество частиц. Например, в атоме одного из изотопов кислорода 8 протонов и 8 нейтронов. Значит, его Ar должна быть равна 16. Так почему же Ar представлена в периодической системе химических элементов в виде десятичной дроби? Для кислорода это Ar(О)=15,9994.
Дело в том, что в периодической системе указаны относительные атомные массы, посчитанные с учетом всех существующих в природе изотопов элемента. А содержание их в природе разное.
Например, химический элемент кислород в природе состоит на 99,76% из изотопа 16 О, на 0,04% из изотопа 17 О и на 0,20% из изотопа 18 О. Таким образом, Ar для кислорода является средним значением, учитывающим относительное содержание его изотопов.
Как определить массу молекулы?
Хотя идеи о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, то есть атомов, высказывались ещё Демокритом в Античности, доказать подобные гипотезы было невозможно. Однако в начале XIX в. произошел научный прорыв. Джон Дальтон открыл сразу три важных закона:
Объяснить открытые закономерности можно было только с помощью гипотезы об атомной строении вещества. Эти же законы позволяли Дальтону сравнивать массы атомов и молекул между собой. Ученый принял массу атома водорода за единицу (так как он оказался самым легким атомом), и через нее (то есть через водородную единицу) в 1803 г. выразил массы многих других атомов и молекул. Впрочем, оказалось, что значительная часть вычислений была проведена с ошибками.
На тот момент для определения масс атомов чаще всего использовались реакции образования оксидов, то есть кислородных соединений. По этой причине в ходе опытов фактически в качестве единицы измерения использовалась масса не атома водорода, а атома кислорода. Изначально грубые расчеты показывали, что кислородный атом в 16 раз тяжелее водородного атома, то есть его масса, по системе Дальтона, составляла 16 единиц. Однако потом выяснилось, что всё же атом кислорода тяжелее только в 15,874 раза. Эти данные потребовали пересчета всех атомных масс. Но химики поступили проще – они договорились, что теперь масса кислородного атома принимается в точности равной 16 атомным единицам. Так возникла новая, кислородная единицы атомного веса. В результате пересчитывать пришлось лишь массу водорода – она теперь составляла не единицу, а 16:15,874≈ 1,0079 атомных единиц.
Уже в начале XX в. выяснилось, что в природе могут существовать изотопы – разные по массе атомы одного и того же элемента. В частности, в природе встречается три различных стабильных изотопов кислорода (и ещё 10 – нестабильных). Встал вопрос – масса какого из этих изотопов будет приниматься за единицу? Физики стали использовать массу изотопа кислород-16, а химики – среднюю массу всех изотопов (с учетом их распространенности в природном кислороде). Возникли разночтения, которые были решены лишь в 1960-1961 г. Тогда была принята договоренность, что масса изотопа углерода-12 принимается равной 12 атомным единицам массы (а. е. м.). Таким образом появилась углеродная единица.
Количество вещества и молярная масса
В практических расчетах все-таки требуется вычислять массы, взятые в граммах, килограммах ато и в тоннах (если речь идет о каком-то производстве, например).
Как же поступают тогда?
Количество вещества, которое содержит столько же частиц (атомов, ионов, молекул – в зависимости от строения), что и 12 г изотопа углерода 12 С, назвали молем.
Один моль вещества (любого!) всегда содержит 6,02·10 23 его частиц ( постоянная Авогадро ).
Ну, а так как атомы элементов отличаются по своей массе, то и 1 моль вещества тоже будет отличаться по массе.
! Обратите внимание, что в русском языке «моль» мужского рода! (это не как моль бабочка).
Массу одного моля вещества называют молярной массой (М) и вычисляют в г/моль.
Таким образом, молярная масса и количество вещества связаны соотношением:
Можно также определить и такие отношения, связанные с количеством вещества:
Почему же относительная молекулярная и молярная массы равны?
Итак, относительная молекулярная и молярная массы, как следует из их определений – это не одно и то же.
Докажем, каким образом обе массы численно могут быть равны:
Что мы узнали?
В школьной программе по химии (8 класс) большое внимание уделяется таким понятием, как относительная атомная и молекулярная масса вещества. Учащиеся изучают их отличия и особенности, а также учатся определять массы газов и веществ.
Относительная молекулярная масса вещества
Аналогично тому, что в химии редко применяется абсолютная масса атома, а используется величина относительной атомной массы, абсолютная масса молекулы – так же неудобна для расчетов. Поэтому вводится понятие относительной молекулярной массы – Мr. Она демонстрирует, во сколько раз масса данной молекулы превышает массу одной двенадцатой части атома углерода, т. е. атомную единицу массы.
Относительная формульная масса
Вещества немолекулярного строения также характеризуются подобной величиной, которая называется относительной формульной массой. Как и относительная молекулярная масса, она равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав структурной единицы таких веществ — формульной единицы, и также обозначается Mr . При этом, конечно, необходимо учитывать индексы у символов атомов.
Например, относительная формульная масса вещества CaCO3 равна:
Относительная формульная масса вещества Al2(SO4)3 равна:
Молярная масса
Молекулярные массы веществ тесно связаны с понятием молярной массы. Молярная масса – это масса 1 моля вещества. Численно она совпадает с молекулярной массой, но измеряется в других величинах – в граммах на моль, или в г/моль.
Молярная масса позволяет определять, легче или тяжелее воздуха тот или иной газ. Для этого надо лишь сравнить молярную массу газа с молярной массой воздуха, составляющей 28,98 г/моль. Так, кислород оказывается тяжелее воздуха, так как его молярная масса – 32 г/моль. Азот же легче воздуха, ведь его масса равна 28 г/моль. Здесь следует уточнить, что воздух не является отдельным веществом в химическом смысле слова, то есть никаких «молекул воздуха» не существует (поэтому не существует и понятия «молекулярная масса воздуха»). В реальности воздух – это смесь нескольких газов, преимущественно азота и кислорода. При этом более тяжелые молекулы чаще встречаются в нижних слоях атмосферы, а легкие молекулы – на высоте. По этой причине (но отнюдь не только из-за нее) в горах тяжело дышать – на большой высоте воздух содержит меньше кислорода и больше азота.
§ 10. Относительные атомная и молекулярная массы
Давайте внимательно посмотрим на таблицу Д. И. Менделеева и выберем один из элементов. Например, обитатель шестой клеточки — углерод. Что изображено в этой клетке? Знак химического элемента и его название. В верхнем левом углу — порядковый (атомный) номер элемента, под символом элемента — его название. А что означает записанное под названием число 12,011?
Это число называется относительной атомной массой элемента, в нашем случае — углерода.
Как вы помните, одно из важнейших свойств атомов химических элементов — их масса.
Размерность массы вам хорошо известна: ее выражают в граммах, килограммах, миллиграммах. Существуют, конечно, и другие единицы массы: тонны, например, или центнеры. Однако в химии удобнее оперировать не точной массой атомов или молекул, а сравнением ее с чем-либо. Так как массы атомов и молекул чрезвычайно малы, их сравнивают с массой атома самого легкого элемента — водорода. Такое сравнение позволяет утверждать, что масса атома углерода в 12 раз больше массы атома водорода, масса атома кислорода — в 16 раз, а масса атома железа — в 56 раз.
| Величина, показывающая, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома водорода, принятого за единицу, называется относительной атомной массой элемента. |
Относительную атомную массу элемента обозначают символом Аг. Подстрочная буква r — это первая буква английского слова relative, что значит «относительный». Например: Аr(Н)=1, Аr(0)=16, Аr( С) = 12, Ar(Fe) = 56, Ar(N) = 14, Ar(Cl) = 35,5.
Обычно относительные атомные массы всех элементов округляют до целых чисел, кроме хлора (Аr(С1) = 35,5), хотя в таблице Д. И. Менделеева они приведены с большей точностью.
Обратите внимание, что относительная атомная масса размерности не имеет, что следует из определения.
Обладают ли массой молекулы веществ? Конечно! Можете ли вы ответить на вопрос, во сколько раз молекула воды тяжелее атома водорода? Это очень просто: надо сложить относительные атомные массы всех атомов, входящих в состав молекулы (рис. 68):
Рис. 68.
Расчет относительной молекулярной массы воды
Мr(Н20) = 2 • Аr(Н) + Аr(0) = 2 • 1 + 16 = 18.
Мr(Н20) — это относительная молекулярная масса воды. Правильнее было бы называть ее относительной формульной массой. Во-первых, не все вещества состоят из молекул (например, железо, графит или поваренная соль). Во-вторых, при расчете этой величины нужно внимательно смотреть на формулу вещества и не забывать про индексы, указывающие на число атомов или ионов каждого элемента, входящего в состав вещества:
Мr(СН4) =Аr(С) + 4 • Аr(Н) = 12 + 4 • 1 = 16;
Mr(S02) = Ar(S) + 2 • Ar(0) = 32 + 2 • 16 = 64;
Mr(CuS04) = Ar(Cu) + Ar(S) + 4 • Аr(О) = 64 + 32 + 4 • 16 = 160.
Зная относительные атомные массы, можно определять формулы химических веществ по соотношению масс элементов, входящих в его состав. Как произвести эти расчеты, расскажем на следующем уроке.
Относительная атомная и молекулярная масса
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.
Относительная молекулярная масса
Вещества молекулярного строения характеризуются величиной относительной молекулярной массы, которая обозначается Mr.
Относительная молекулярная масса — это физическая величина, равная отношению массы одной молекулы вещества к 1/12 части массы атома углерода.
Эта величина равна сумме относительных атомных масс всех химических элементов с учетом числа их атомов в молекуле. Например, рассчитаем относительную молекулярную массу воды H2O:
Относительная молекулярная масса серной кислоты H2SO4:
Относительные молекулярные массы, как и относительные атомные массы, являются величинами безразмерными. Значение Мr показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше атомной единицы массы u. Например, если Mr(H2O) = 18, это значит, что масса молекулы H2O в 18 раз больше 1/12 части массы атома углерода, т. е. в 18 раз больше атомной единицы массы. Соответственно, масса молекулы H2SO4 в 98 раз больше 1/12 части массы атома углерода.
Относительная формульная масса
Вещества немолекулярного строения также характеризуются подобной величиной, которая называется относительной формульной массой. Как и относительная молекулярная масса, она равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав структурной единицы таких веществ — формульной единицы, и также обозначается Mr. При этом, конечно, необходимо учитывать индексы у символов атомов.
Например, относительная формульная масса вещества CaCO3 равна:
Относительная формульная масса вещества Al2(SO4)3 равна:
Относительная формульная масса показывает, во сколько раз масса формульной единицы данного вещества больше 1/12 части массы атома углерода, или атомной единицы массы u.
Как определить массу молекулы?
Хотя идеи о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, то есть атомов, высказывались ещё Демокритом в Античности, доказать подобные гипотезы было невозможно. Однако в начале XIX в. произошел научный прорыв. Джон Дальтон открыл сразу три важных закона:
Объяснить открытые закономерности можно было только с помощью гипотезы об атомной строении вещества. Эти же законы позволяли Дальтону сравнивать массы атомов и молекул между собой. Ученый принял массу атома водорода за единицу (так как он оказался самым легким атомом), и через нее (то есть через водородную единицу) в 1803 г. выразил массы многих других атомов и молекул. Впрочем, оказалось, что значительная часть вычислений была проведена с ошибками.
На тот момент для определения масс атомов чаще всего использовались реакции образования оксидов, то есть кислородных соединений. По этой причине в ходе опытов фактически в качестве единицы измерения использовалась масса не атома водорода, а атома кислорода. Изначально грубые расчеты показывали, что кислородный атом в 16 раз тяжелее водородного атома, то есть его масса, по системе Дальтона, составляла 16 единиц. Однако потом выяснилось, что всё же атом кислорода тяжелее только в 15,874 раза. Эти данные потребовали пересчета всех атомных масс. Но химики поступили проще – они договорились, что теперь масса кислородного атома принимается в точности равной 16 атомным единицам. Так возникла новая, кислородная единицы атомного веса. В результате пересчитывать пришлось лишь массу водорода – она теперь составляла не единицу, а 16:15,874≈ 1,0079 атомных единиц.
Уже в начале XX в. выяснилось, что в природе могут существовать изотопы – разные по массе атомы одного и того же элемента. В частности, в природе встречается три различных стабильных изотопов кислорода (и ещё 10 – нестабильных). Встал вопрос – масса какого из этих изотопов будет приниматься за единицу? Физики стали использовать массу изотопа кислород-16, а химики – среднюю массу всех изотопов (с учетом их распространенности в природном кислороде). Возникли разночтения, которые были решены лишь в 1960-1961 г. Тогда была принята договоренность, что масса изотопа углерода-12 принимается равной 12 атомным единицам массы (а. е. м.). Таким образом появилась углеродная единица.
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:
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
. Например, 1 моль воды весит 18 г/моль, а Mr(Н2О) = 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
г. Следовательно, формула относительной атомной массы имеет следующий вид:
где ma – 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:
где Ar,i – относительная атомная масса изотопов, ni – содержание изотопов в природных смесях.
Например, кислород имеет три изотопа –
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:
Ar = 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 H2CO3 выглядит следующим образом:
Mr = 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 = Mr(х) / Mr(y).