У хімії відносна маса є однією з ключових характеристик атомів, молекул та інших хімічних сполук. Вимірювання відносної маси дозволяє визначити масу частинки або сполуки з урахуванням одиниці виміру і порівняти їх маси між собою. У даній статті ми розглянемо основні способи вимірювання відносної маси в хімії і найбільш вживані одиниці виміру.
У хімії прийнято порівнювати маси атомів один з одним за допомогою спеціального інструменту - мас-спектрометра. Мас-спектрометр дозволяє визначити точну масу атома шляхом вимірювання його заряду і сили магнітного поля, необхідної для його розльоту на певну відстань. Потім, спираючись на відомі дані про масу "референтного" атома, можна обчислити відносну масу інших атомів, використовуючи співвідношення їх мас до маси "референтного" атома.
Існують також одиниці вимірювання відносної маси, які є стандартними в хімічній науці. Однією з таких одиниць є Атомна масова одиниця (A.M.u.) або далтон (D). Атомна масова одиниця дорівнює одній дванадцятій маси атома вуглецю-12. Це означає, що маса атома вуглецю-12 становить 12 атомних масових одиниць або далтонів. Решта атоми масою в 12 далтонів матимуть відносну масу, рівну одиниці.
Що таке відносна маса в хімії і навіщо її вимірювати
Вимірювання відносної маси є важливою процедурою в хімії, оскільки дозволяє визначити точну кількість речовини в реакції. Знаючи відносну масу речовини, можна розрахувати його кількість в молях, а це в свою чергу дозволяє проводити точні хімічні розрахунки і визначати співвідношення між різними речовинами в реакціях.
Вимірювання відносної маси здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв, званих мас-спектрометрами. Вони дозволяють визначити відносну масу кожного атома або молекули шляхом вимірювання відхилення їх траєкторії під впливом магнітного поля.
Відносна маса в хімії має також важливе практичне застосування на практиці. Вона допомагає визначити ступінь очищення і концентрацію речовин в промислових процесах, таких як виробництво ліків і хімічних сполук, а також в дослідженнях і аналізі матеріалів і біологічних зразків.
Способи вимірювання відносної маси
Відносна маса в хімії вимірюється за допомогою різних методів, які засновані на вивченні фізичних і хімічних властивостей речовини. Нижче наведені основні способи вимірювання відносної маси:
- Порівняння з водою. Для вимірювання відносної маси можна використовувати метод порівняння з водою. Для цього береться відомий обсяг речовини і вимірюється його маса при відомій температурі і тиску. Потім порівнюють масу речовини з масою Рівного обсягу води, виміряної при тих же умовах. Відношення маси і обсягу речовини до маси і об'єму води дозволяє обчислити відносну масу речовини.
- Використання хімічних реакцій. Реакція з відомою кількістю реагенту, який перетворюється на відому кількість продукту, може бути використана для вимірювання відносної маси. Вимірюючи масу реагентів та продуктів реакції та знаючи їх співвідношення в хімічному рівнянні, можна обчислити відносну масу.
- Метод аналізу спектрів. Метод аналізу спектрів дозволяє вимірювати атомну і молекулярну масу речовини на основі вивчення його оптичного спектру. Шляхом порівняння характеристик спектрів з відомими даними можна визначити відносну масу речовини.
- Методи кількісного аналізу. Кількісний аналіз, такий як гравіметрія та титрування, використовується для вимірювання маси речовини. Шляхом вимірювання маси доданих реагентів і обчислення їх співвідношення з речовиною можна визначити його відносну масу.
- Методи фізичних властивостей речовини. Деякі фізичні властивості речовини, такі як щільність, в'язкість і температура плавлення, можуть бути використані для вимірювання її відносної маси. Вимірюючи ці властивості та порівнюючи їх з відомими даними, можна обчислити відносну масу.
Використання різних способів вимірювання відносної маси дозволяє хімікам отримувати точні і надійні дані про склад і властивості речовини, що є важливим в хімічних дослідженнях і практичному застосуванні.
Гравіметричний метод
У гравіметричному методі відносна маса речовини визначається шляхом осадження речовини з розчину або газової фази на підставі його розчинності або реакцій утворення твердих сполук. Потім маса осаду вимірюється за допомогою гравіметричних приладів, як наприклад, аналітичних ваг.
Особливістю гравіметричного методу є його висока точність і прецизійність. Маса осаду визначається з високим ступенем точності, що робить цей метод особливо корисним для аналізу низько концентрованих речовин. Крім того, гравіметричний метод є неруйнівним, так як в процесі аналізу вся маса речовини зберігається і може бути використана для подальших вимірювань або аналізу.
Дані, отримані за допомогою гравіметричного методу, можуть бути виражені в різних одиницях виміру, в залежності від мети дослідження або вимог застосовуваних стандартів. Найбільш поширеними одиницями вимірювання маси в гравіметричному методі є грами (г) і міліграми (мг).
| Одиниця вимірювання | Позначення | Відношення |
|---|---|---|
| Грам | г | 1 г = 1000 мг |
| Міліграм | мг | 1 мг = 0.001 г |
Гравіметричний метод знаходить широке застосування в різних сферах хімічного аналізу, включаючи аналіз харчових продуктів, води, грунтів, фармацевтичних препаратів і багатьох інших. Завдяки своїй високій точності і надійності, гравіметричний метод залишається незамінним інструментом для визначення відносної маси речовини.
Вольтамперометричний метод
У цьому методі використовується вольтамперометр-прилад, призначений для вимірювання струму і напруги. Для проведення вимірювань вольтамперометричним методом необхідно підключити речовина до вольтамперометру і провести вимірювання струму і напруги.
Вимірювання проводяться при постійних значеннях струму і напруги, що дозволяє отримати точні результати. Значення струму і напруги потім використовуються для обчислення відносної маси речовини.
Вольтамперометричний метод широко застосовується в хімічних дослідженнях, в аналітичній хімії і в процесах контролю якості речовин. Він дозволяє отримати точні і надійні результати вимірювань відносної маси.
- Переваги вольтамперометричного методу:
- Точні результати вимірювань
- Простота використання
- Можливість проведення вимірювань в широкому діапазоні струмів і напруг
Одиниці вимірювання відносної маси
Моль (mol) - це одиниця виміру, яка використовується для вираження кількості речовини. Одна моль речовини містить стільки ж частинок (атомів, іонів або молекул), скільки атомів містить 12 грам вуглецю-12. Моль є основною одиницею вимірювання в хімії і використовується для обчислення відносної молекулярної маси та відносної атомної маси речовини.
Атомна масова одиниця (аму)-це маса однієї дванадцятої частини маси атома вуглецю-12. Аму є дуже маленькою одиницею виміру і використовується для вираження маси атомів, іонів або молекул. Наприклад, маса одного атома водню становить близько 1,008 аму, тоді як маса однієї молекули води становить близько 18,015 аму.
Для виконання точних розрахунків і вимірювань в хімії використовуються більш точні значення маси частинок в одиницях маси, записаних в таблиці елементів Менделєєва.
| Величина | Символ | Приклад |
|---|---|---|
| Молі | mol | 1 моль речовини = 6,022 x 10^23 частинок |
| Атомна масова одиниця | аму | Маса однієї дванадцятої частини маси атома вуглецю-12 |
Вивчення та використання цих одиниць вимірювання дозволяє хімікам проводити точні розрахунки, вимірювання та аналіз хімічних реакцій та речовин.
Атомна масова одиниця
АМЕ є основною одиницею вимірювання маси в хімічних розрахунках. Вона дозволяє враховувати відмінності в масі атомів елементів і використовувати їх для визначення молекулярної і атомарної маси сполук.
Використання АМЕ дозволяє встановити відносне співвідношення мас різних атомів і молекул. Наприклад, маса атома кисню в 16 разів більше маси атома водню, так як маса атома кисню дорівнює приблизно 16 АМЕ, а маса атома водню дорівнює приблизно 1 АМЕ.
АМЕ також використовується для розрахунку молекулярної маси сполук. Молекулярна маса виражається в атомних масових одиницях і дорівнює сумі мас атомів, що утворюють молекулу. Наприклад, молекулярна маса води (H2O) дорівнює приблизно 18 АМЕ (2 маси атома водню + 1 маса атома кисню).
Приклад:
Для отримання молекулярної маси Аміну C2H5NH2 потрібно скласти окремі атомні маси атомів вуглецю, водню та азоту:
Молекулярна маса = (2 маси атома вуглецю + 5 мас атома водню + 1 маса атома азоту) = (2 x 12 АМЕ + 5 x 1 АМЕ + 14 АМЕ) = 29 АМЕ.
Використання атомних масових одиниць спрощує хімічні розрахунки і дозволяє порівнювати маси різних атомів і молекул для більш точного вивчення хімічних реакцій і складу речовин.
Грамова молярна маса
У хімії для вимірювання відносної маси використовується також поняття грамової молярної маси. Грамова молярна маса (M) являє собою масу одного моля речовини. Це важливе поняття, оскільки дозволяє проводити розрахунки і встановлювати пропорції між реагентами і продуктами реакції.
Грамова молярна маса зазвичай вимірюється в грамах на моль (г/моль). Для зручності розрахунків і порівняння різних речовин, грамову молярну масу можна також представити в атомних одиницях маси - аму (u) або дальтон (Da).
Щоб обчислити грамову молярну масу, необхідно скласти атомні маси всіх атомів, що складають молекулу речовини, з урахуванням їх кількості (як зазначено в хімічній формулі). Ця величина вказує, скільки грамів міститься в одному молі даної речовини.
Приклад: молярна маса води (H₂O) становить 18,015 г/моль (або 18,015 Da). Це означає, що в одному молі води міститься 18,015 грамів.
Молярний коефіцієнт речовини
Молярний коефіцієнт речовини зазвичай вимірюється в одиницях г / моль. Він являє собою відношення маси речовини до кількості речовини в молях. Наприклад, молярна маса води становить близько 18 г/моль, що означає, що 1 моль води має масу близько 18 г.
Молярний коефіцієнт речовини має велике значення в хімічних розрахунках. Він дозволяє визначити кількість речовини, необхідне для проведення реакції. Крім того, молярний коефіцієнт речовини може бути використаний для визначення стехіометричних співвідношень між різними речовинами в хімічній реакції.
Для розрахунків з використанням молярного коефіцієнта речовини, необхідно знати молярну масу речовини. Вона може бути визначена шляхом додавання атомних мас всіх атомів, що складають молекулу речовини. Потім, використовуючи молярну масу і кількість речовини в молях, можна виконати необхідні розрахунки і визначити такі параметри, як маса речовини і кількість молекул речовини.