Tout le monde sait que les corps qui nous entourent sont constitués d'atomes et de molécules. Ils ont des formes et des structures différentes. Lors de la résolution de problèmes de chimie et de physique, il est souvent nécessaire de trouver la masse d'une molécule. Considérez dans cet article plusieurs méthodes théoriques pour résoudre ce problème.
Informations générales
Avant d'envisager comment trouver la masse d'une molécule, vous devriez vous familiariser avec le concept lui-même. Voici quelques exemples.
Une molécule est généralement appelée un ensemble d'atomes unis les uns aux autres par l'un ou l'autre type de liaison chimique. En outre, ils doivent et peuvent être considérés comme un tout dans divers processus physiques et chimiques. Ces liaisons peuvent être ioniques, covalentes, métalliques ou van der Waals.
La molécule d'eau bien connue a la formule chimique H2O. L'atome d'oxygène qu'il contient est relié par des liaisons covalentes polaires à deux atomes d'hydrogène. Cette structure détermine de nombreuses propriétés physiques et chimiques de l'eau liquide, de la glace et de la vapeur.
Le gaz naturel méthane est un autre brillant représentant d'une substance moléculaire. Ses particules se formentun atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène (CH4). Dans l'espace, les molécules ont la forme d'un tétraèdre avec du carbone au centre.
L'air est un mélange complexe de gaz, composé principalement de molécules d'oxygène O2 et d'azote N2. Les deux types sont reliés par de fortes liaisons non polaires doubles et triples covalentes, ce qui les rend hautement inertes chimiquement.
Déterminer la masse d'une molécule par sa masse molaire
Le tableau périodique des éléments chimiques contient une grande quantité d'informations, parmi lesquelles figurent les unités de masse atomique (uma). Par exemple, un atome d'hydrogène a une uma de 1 et un atome d'oxygène de 16. Chacun de ces nombres indique la masse en grammes qu'aura un système contenant 1 mole d'atomes de l'élément correspondant. Rappelons que l'unité de mesure de la quantité de substance 1 mole est le nombre de particules dans le système, correspondant au nombre d'Avogadro NA, il est égal à 6,0210 23.
Lorsque l'on considère une molécule, ils utilisent le concept non pas d'amu, mais de poids moléculaire. Ce dernier est une simple somme de a.m.u. pour les atomes qui composent la molécule. Par exemple, la masse molaire pour H2O serait de 18 g/mol, et pour O2 32 g/mol. Ayant un concept général, vous pouvez alors procéder aux calculs.
La masse molaire M est facile à utiliser pour calculer la masse d'une molécule m1. Pour ce faire, utilisez une formule simple:
m1=M/NA.
Dans certaines tâchesla masse du système m et la quantité de matière qu'il contient n peuvent être données. Dans ce cas, la masse d'une molécule est calculée comme suit:
m1=m/(nNA).
Gaz idéal
Ce concept s'appelle un tel gaz, dont les molécules se déplacent de manière aléatoire dans différentes directions à des vitesses élevées, n'interagissent pas les unes avec les autres. Les distances entre eux dépassent de loin leurs propres tailles. Pour un tel modèle, l'expression suivante est vraie:
PV=nRT.
C'est ce qu'on appelle la loi de Mendeleïev-Clapeyron. Comme vous pouvez le voir, l'équation relie la pression P, le volume V, la température absolue T et la quantité de substance n. Dans la formule, R est la constante des gaz, numériquement égale à 8 314. La loi écrite est dite universelle car elle ne dépend pas de la composition chimique du système.
Si trois paramètres thermodynamiques sont connus - T, P, V et la valeur m du système, alors la masse d'une molécule de gaz parfait m1 n'est pas difficile à déterminer par la formule suivante:
m1=mRT/(NAPV).
Cette expression peut aussi être écrite en termes de densité de gaz ρ et de constante de Boltzmann kB:
m1=ρkBT/P.
Exemple de problème
On sait que la masse volumique de certains gaz est de 1,225 kg/m3à une pression atmosphérique de 101325 Pa et à une température de 15 oC. Quelle est la masse d'une molécule ? De quel gaz parlez-vous ?
Parce qu'on nous donne la pression, la densité et la températuresystème, alors vous pouvez utiliser la formule obtenue dans le paragraphe précédent pour déterminer la masse d'une molécule. Nous avons:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Pour répondre à la deuxième question du problème, trouvons la masse molaire M du gaz:
M=m1NA;
M=4.80710-266.021023=0.029 kg/mol.
La valeur obtenue de la masse molaire correspond à l'air gazeux.
