Масса атома

Одной из основных характеристик любого химического элемента является его относительная атомная масса.

(Атомная единица массы — это 1/12 массы атома углерода, масса которого принимается равной 12 а. е. м. и составляет 1,66 • 10 ²⁴ г.

Сравнивая массы атомов элементов с одной а.е.м., находят численные значения относительной атомной массы (Аг).

Относительная атомная масса элемента показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода.

Например, для кислорода Аг (О) = 15,9994, а для водорода Аг (Н) = 1,0079.

Для молекул простых и сложных веществ определяют относительную молекулярную массу, которая численно рав­на сумме атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы. Например, молекулярная масса воды Н2 О

Мг (Н2O) = 2 • 1,0079 + 1 • 15,9994 = 18,0153.

Закон авогадро

В химии наряду с единицами массы и объёма используется единица количества вещества, называемая молем.

!МОЛЬ (v) — единица измерения количества вещества, содержащего столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов), сколько атомов содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода "С’’.

Это означает, что 1 моль любого вещества содержит одно и то же число структурных единиц, равное 6,02 • 10²³. Эта величина носит название постоянной Авогадро (обозначение NА, размерность 1/моль).

Итальянский ученый Амадео Авогадро в 1811 году выдвинул гипотезу, которая в дальнейшем была подтверждена опытными данными и получила впоследствии название закона Авогадро. Он обратил внимание на то, что все газы одинаково сжимаются (закон Бойля—Мариотта) и обладают одинаковыми коэффициентами термального расшире­ния (закон Гей-Люссака). В связи с этим он предположил, что:

в равных объёмах различных газов, находящихся при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.

При одинаковых условиях (обычно говорят о нормальных условиях: абсолютное давление равно 1013 миллибар и температура 0° С) расстояние между молекулами у всех газов одинаково, а объём молекул ничтожно мал. Учитывая все вышесказанное, можно сделать предположение:

!если в равных объемах газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул, то и массы, в которых содержится одинаковое число молекул,должны иметь одинаковые объёмы.

Другими словами,

При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. При норальных условиях 1 моль любого газа занимает объем v, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа (размерность л/моль или м³/моль).

Точное значение молярного объёма газа при нормальных условиях (давление 1013 миллибар и температу­ра 0° С) составляет 22,4135 ± 0,0006 л/моль. При стандартных условиях (t =+15° С, давление = 1013 мбар) 1 моль газа занимает объём 23,6451 л, а при t=+20° С и давлении 1013 мбар 1 моль занимает объём около 24,2 л.

В численном выражении молярная масса совпадает с массами атомов и молекул (в а. е. м.) и с относительными атомными и молекулярными массами.

Следовательно, 1 моль любого вещества имеет такую массу в граммах, которая численно равна молекулярной массе данного вещества, выраженной в атомных единицах массы.

Например, М(O2) = 16 а. е. м. • 2 = 32 а. е. м., таким образом, 1 моль кислорода соответствует 32 г. Плотности газов, измеренные при одинаковых условиях, относятся как их молярные массы. Так как при перевозке сжиженных газов на газовозах основным объектом практических задач являются молекуляр­ные вещества (жидкости, пары, газы), то и основными искомыми величинами будут молярная масса М (г/моль), количество вещества v в молях и масса т вещества в граммах или килограммах.

Зная химическую формулу того или иного газа, можно решить некоторые практические задачи, возникающие при транспортировке сжиженных газов.

Пример 1. В дек-танке находится 22 т сжиженного этилена (С2Н4). Необходимо определить, достаточно ли на борту груза, для того чтобы продуть три грузовых танка объёмом 5000 м³ каждый, если после продувки температура танков будет составлять 0° С, а давление 1013 миллибар.

Решение.

1. Определяем молекулярную массу этилена:

М = 2 • 12,011 + 4 • 1,0079 = 28,054 г/моль.

2. Рассчитываем плотность паров этилена при нормальных условиях:

ρ = M/V = 28,054 : 22,4 = 1,232 г/л.

3. Находим объём паров груза при нормальных условиях:

22∙10⁶ : 1,252= 27544 м³.

Общий объём грузовых танков составляет 15000 м³. Следовательно, на борту достаточно груза, для того чтобы продуть все грузовые танки парами этилена.

Пример 2. Необходимо определить, какое количество пропана (С3Н8) потребуется для продувки грузовых танков общей вместимостью 8000 м³, если температура танков составляет +15° С, а давление паров пропана в танке после окончания продувки не будет превышать 1013 миллибар.

Решение.

1. Определим молярную массу пропана С3Н8

М = 3 • 12,011 + 8 • 1,0079 = 44,1 г/моль.

2. Определим плотность паров пропана после продувки танков:

ρ = М : v = 44,1 : 23,641 = 1,865 кг/м³.

3. Зная плотность паров и объём, определяем общее количество пропана, необходимое для продувки танка:

m = ρ • v = 1,865 • 8000 = 14920 кг ≈ 15 т.