1.3. Методы определения молекулярных масс и атомных масс

1. Методы определения молекулярных масс.

Молекулы веществ в изолированном состоянии существуют в газах и в растворах неэлектролитов. В настоящем разделе остановимся лишь на приемах определения молекулярных масс газов и паров.

1. Метод измерения относительной плотности газа по газу

Относительной плотностью газа по газу называется отношение масс равных объемов сопоставляемых газов, взятых при одинаковых температуре и давлении. Пусть m_A и m_B – массы равных объемов газов А и В. Тогда плотность газа А по газу В будет определяться следующим соотношением:

В соответствие с уравнением (1-1)

m_A = _AM_A; m_B = _BM_B,

причем количества веществ газов _A и _B согласно закону Авогадро равны. Отсюда

или, поскольку молярные массы численно равны относительным молекулярным массам,

Следовательно,

M_r(A) = M_r(B)D_B (1-6)

Молекулярная масса может быть определена, исходя из плотности газа по любому газу В. В практике плотности газов обычно определяют либо по водороду, либо по воздуху. Уравнение (1-6) в этих случае принимает следующий вид:

; M_r(A) = 29D_возд

где 29 – средняя молекулярная масса воздуха. Рассмотренный метод может быть применен и для определения молекулярных масс паров жидкостей.

2. Определение молекулярных масс по уравнению состояния идеального газа

Уравнение состояния газообразных веществ связывает объем, давление, температуру и количество вещества для газа. Пусть 1 моль газа находится при нормальных условиях (р₀ = 101,325 кПа, Т₀ = 273,15 К, V₀ = 22,414 л/моль = 0,02241 м³/моль).

Изменим при постоянном давлении температуру газа от Т₀ до Т, что будет сопровождаться изменением объема от V₀ до V₁. При таком переходе газ будет подчиняться закону Гей-Люссака, согласно которому при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален абсолютной температуре

(1-7)

Далее при постоянной температуре изменим давление газа от p₀ до p. Объем газа при этом изменится от V₁ до V. В соответствии с законом Бойля-Мориотта

(1-8)

Исключив V₁ из уравнений (1-7) и (1-8), приходим к уравнению

В этом уравнении первый множитель правой части включает три постоянные величины, и, следовательно, является константой:

Константа R называется универсальной газовой постоянной.

Уравнение pV = RT справедливо для одного моля газа. Для произвольного количества газа 

pV = RT

или

(1-9)

где m - масса газа, а М – его молярная масса.

Уравнение (1-9) называется уравнением состояния идеального газа. Поскольку при не слишком низких температурах и невысоких давлениях реальные газы удовлетворительно следуют данному уравнению, последнее можно использовать для определения молярных, а следовательно, и молекулярных масс газов. Для этого достаточно измерить при определенных температуре и давлении объем и массу газа, а затем рассчитать М по формуле

(1-10)