Toda pessoa sabe que os corpos ao nosso redor são compostos de átomos e moléculas. Eles têm formas e estruturas diferentes. Ao resolver problemas de química e física, muitas vezes é necessário encontrar a massa de uma molécula. Considere neste artigo vários métodos teóricos para resolver este problema.
Informações gerais
Antes de considerar como encontrar a massa de uma molécula, você deve se familiarizar com o próprio conceito. Aqui estão alguns exemplos.
Uma molécula é geralmente chamada de conjunto de átomos que estão unidos entre si por um ou outro tipo de ligação química. Além disso, eles devem e podem ser considerados como um todo em vários processos físicos e químicos. Essas ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas ou van der Waals.
A conhecida molécula de água tem a fórmula química H2O. O átomo de oxigênio nele está conectado por meio de ligações covalentes polares com dois átomos de hidrogênio. Esta estrutura determina muitas das propriedades físicas e químicas da água líquida, gelo e vapor.
Gás natural metano é outro representante brilhante de uma substância molecular. Suas partículas são formadasum átomo de carbono e quatro átomos de hidrogênio (CH4). No espaço, as moléculas têm a forma de um tetraedro com carbono no centro.
Ar é uma mistura complexa de gases, que consiste principalmente de moléculas de oxigênio O2 e nitrogênio N2. Ambos os tipos estão conectados por fortes ligações não polares covalentes duplas e triplas, o que os torna altamente inertes quimicamente.
Determinando a massa de uma molécula através de sua massa molar
A tabela periódica dos elementos químicos contém uma grande quantidade de informações, dentre as quais estão as unidades de massa atômica (uma). Por exemplo, um átomo de hidrogênio tem um amu de 1 e um átomo de oxigênio de 16. Cada um desses números indica a massa em gramas que um sistema contendo 1 mol de átomos do elemento correspondente terá. Lembre-se que a unidade de medida da quantidade de substância 1 mol é o número de partículas no sistema, correspondente ao número de Avogadro NA, é igual a 6,0210 23.
Ao considerar uma molécula, eles usam o conceito não de amu, mas de peso molecular. Este último é uma simples soma de a.m.u. para os átomos que compõem a molécula. Por exemplo, a massa molar para H2O seria 18 g/mol, e para O2 32 g/mol. Tendo um conceito geral, então você pode prosseguir para os cálculos.
A massa molar M é fácil de usar para calcular a massa de uma molécula m1. Para fazer isso, use uma fórmula simples:
m1=M/NA.
Em algumas tarefasa massa do sistema m e a quantidade de matéria nele n podem ser dadas. Neste caso, a massa de uma molécula é calculada da seguinte forma:
m1=m/(nNA).
Gás Ideal
Esse conceito é chamado de gás, cujas moléculas se movem aleatoriamente em direções diferentes em altas velocidades, não interagem umas com as outras. As distâncias entre eles excedem em muito seus próprios tamanhos. Para tal modelo, a seguinte expressão é verdadeira:
PV=nRT.
É chamada de lei de Mendeleev-Clapeyron. Como você pode ver, a equação relaciona a pressão P, o volume V, a temperatura absoluta T e a quantidade de substância n. Na fórmula, R é a constante do gás, numericamente igual a 8,314. A lei escrita é chamada de universal porque não depende da composição química do sistema.
Se três parâmetros termodinâmicos são conhecidos - T, P, V e o valor m do sistema, então a massa de uma molécula de gás ideal m1não é difícil de determinar pela seguinte fórmula:
m1=mRT/(NAPV).
Esta expressão também pode ser escrita em termos de densidade do gás ρ e constante de Boltzmann kB:
m1=ρkBT/P.
Exemplo de problema
Sabe-se que a densidade de alguns gases é 1,225 kg/m3à pressão atmosférica 101325 Pa e temperatura 15 oC. Qual é a massa de uma molécula? De que gás você está falando?
Porque recebemos pressão, densidade e temperaturasistema, então você pode usar a fórmula obtida no parágrafo anterior para determinar a massa de uma molécula. Temos:
m1=ρkBT/P;
m1 =1, 2251, 3810-23288, 15/101325=4, 807 10-26 kg.
Para responder a segunda pergunta do problema, vamos encontrar a massa molar M do gás:
M=m1NA;
M=4,80710-266,021023=0,029 kg/mol.
O valor obtido da massa molar corresponde ao ar gasoso.
