Масса и размеры молекул

Для характеристики масс атомов и молекул применяются величины, получившие название относительной атомной массы элемента (сокращенно - атомной массы) и относительной молекулярной массы вещества (сокращенно - молекулярной массы)[2].

Атомной массой (A_r) химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к 1/12 массы атома (так обозначается изотоп углерода с массовым числом 12). Молекулярной массой (M_r) вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома . Как следует из их определения, атомная и молекулярная массы являются безразмерными величинами.

Единица массы, равная 1/12 массы атома , называется атомной единицей массы (а. е. м.). Обозначим эту единицу, выраженную в килограммах, через m _ед. Тогда масса атома, выраженная в килограммах, будет равна A_rm _ед. , а масса молекулы M_rm _ед.

Количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т. д.), равное числу атомов в 0,012 кг изотопа углерода , называется молем. Употребляются также кратные и дольные единицы: киломоль (кмоль), миллимоль (ммоль), микромоль (мкмоль) и т. д.

Число частиц, содержащееся в моле вещества, называется числом Авогадро. Опытным путем найдено, что число Авогадро равно

. (1.1)

Таким образом, например, в моле меди содержится N_A атомов меди, в моле воды N_A молекул воды, в моле электронов содержится N_A электронов и т. д.

Массу моля называют молярной массой M. Очевидно, что M равна произведению N_A на массу молекулы M_rm _ед:

. (1.2)

В случае углерода , а масса атома равна 12 m _ед. Подстановка этих значений в соотношение (2) дает

0,012 (кг/моль) = N_A (моль^–1)·12 m _ед (кг).

Отсюда

. (1.3)

Следовательно, масса любого атома равна , масса любой молекулы равна .

Из (1.3) вытекает, что произведение N_Am _ед равно 0,001 кг/моль. Подстановка этого значения в формулу (1.2) дает, что

(1.4)

или

. (1.5)

Таким образом, масса моля, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе. Однако следует иметь в виду, что, в то время как M_r – величина безразмерная, M имеет размерность кг/моль (или г/моль).

Теперь произведем оценку размеров молекул. Естественно предположить, что в жидкостях молекулы располагаются довольно близко друг к другу. Поэтому приближенную оценку объема одной молекулы можно получить, разделив объем моля какой-либо жидкости, например воды, на число молекул в моле N_A. Моль (т. е. 18 г) воды занимает объем . Следовательно, на долю одной молекулы приходится объем, равный

.

Отсюда следует, что линейные размеры молекул воды приблизительно равны

ангстрема.

Молекулы других веществ также имеют размеры порядка нескольких ангстрем[3].

Дата добавления: 2015-05-09