§ 11. Относительная атомная и молекулярная массы. Качественный и количественный состав вещества

Определения и обозначения

Относительная атомная масса Ar показывает, во сколько раз масса атома элемента больше 1/12 массы атома углерода-12. Буквой r обозначают относительную величину, а A — атомную массу. Сравнение с общим эталоном позволяет сопоставлять атомы разных элементов, не выражая их крошечные массы в граммах.

Относительная молекулярная масса Mr — отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Mr, где M указывает на молекулу. Эта величина нужна, чтобы сравнивать молекулы и вычислять их относительные массы по химическим формулам.

Качественный состав вещества — перечень химических элементов, из атомов которых оно состоит. Например, формула воды H₂O показывает, что в ней есть водород и кислород. Такой перечень помогает понять, какие именно элементы нужно учитывать при разборе формулы.

Количественный состав вещества показывает, сколько атомов каждого элемента содержится в молекуле или формульной единице. В формуле H₂O два атома водорода и один атом кислорода. Эти числа нужны, в частности, чтобы правильно рассчитать относительную массу вещества.

Как это устроено

Масса отдельного атома настолько мала, что выражать её обычными единицами неудобно. Поэтому атомы сравнивают не с граммом, а друг с другом через общий эталон. За него принята 1/12 массы атома углерода-12, и значения Ar показывают, насколько масса атома элемента отличается от этого эталона. Так легче сопоставлять атомы, не записывая длинные дроби с очень малыми числами.

Относительные атомные массы находят в таблице Менделеева, где они указаны для элементов. В реальных расчётах их значения могут быть дробными, но в школьных задачах часто используют округлённые числа. Это упрощает вычисления и обычно даёт достаточно точный результат для изучаемых примеров. Перед расчётом полезно проверить, какие именно значения Ar даны в условии или приняты в таблице.

Молекула состоит из атомов, поэтому её относительную массу можно получить, сложив относительные массы этих атомов. Если атомов одного элемента несколько, его Ar нужно взять соответствующее число раз. Например, в молекуле H₂O два атома водорода, поэтому Ar(H) умножают на 2, а затем прибавляют Ar(O). Индексы в формуле помогают не пропустить повторяющиеся атомы.

Химическая формула одновременно передаёт сведения о составе вещества. Буквенные символы сообщают, какие элементы входят в состав, а маленькие цифры справа внизу — сколько атомов каждого элемента указано. Если цифры нет, подразумевается один атом. Такое чтение формулы позволяет сначала определить состав, а затем использовать его для вычислений.

Не каждое вещество состоит из отдельных молекул: у некоторых веществ частицы образуют общую структуру. В таком случае формула показывает состав условной формульной единицы, а не отдельной молекулы. Относительную формульную массу рассчитывают тем же способом: складывают Ar элементов с учётом их количества в формуле. Это позволяет применять знакомый расчёт и к веществам немолекулярного строения.

Относительные массы и состав вещества

Сначала определите, какую информацию нужно найти: элементы, число атомов или относительную массу. Затем прочитайте формулу и найдите нужные Ar в таблице Менделеева. При вычислении массы не забудьте учесть каждый атом, включая атомы в скобках.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие элементы входят в состав молекулы NH₃ и сколько атомов каждого элемента в ней содержится. Нужно прочитать символы элементов и цифры-индексы. Отсутствие индекса у N означает один атом азота, а индекс 3 у H указывает на три атома водорода.

1. Выпишем символы, встречающиеся в формуле: N и H.
2. Определим число атомов: N — один, H — три.
3. Назовём состав: азот и водород; количественный состав — один атом азота и три атома водорода.

Ответ: молекула NH₃ состоит из азота и водорода; в ней один атом азота и три атома водорода.

Задача 2. Вычислите относительную молекулярную массу воды H₂O, если Ar(H) = 1 и Ar(O) = 16. По формуле видно, что в молекуле два атома водорода и один атом кислорода. Значит, значение для водорода нужно учесть дважды, а для кислорода — один раз.

1. Запишем число атомов: H — 2, O — 1.
2. Умножим относительные атомные массы на число атомов: 2 · 1 и 1 · 16.
3. Сложим результаты: Mr(H₂O) = 2 · 1 + 16 = 18.

Ответ: Mr(H₂O) = 18. Это относительная величина, поэтому единицу измерения к ответу не приписывают.

Задача 3. Для Ca(OH)₂ определите качественный и количественный состав и вычислите относительную формульную массу, если Ar(Ca) = 40, Ar(O) = 16, Ar(H) = 1. Сначала разберём скобки: группа OH встречается дважды. Поэтому индексы у кислорода и водорода равны двум, а кальций без индекса встречается один раз.

1. Назовём элементы: Ca, O и H — кальций, кислород и водород.
2. Посчитаем атомы: Ca — 1; O — 2; H — 2.
3. Умножим Ar на число атомов и сложим: 40 + 2 · 16 + 2 · 1 = 74.

Ответ: качественный состав — кальций, кислород и водород; количественный — один атом Ca, два O и два H. Относительная формульная масса Ca(OH)₂ равна 74.

Типичные ошибки

Иногда Ar и Mr записывают как массы в граммах. Это неверно: они показывают отношение масс, поэтому единицы при делении сокращаются. Такая путаница возникает из-за слова «масса» в названии. Проверьте себя: если задача просит найти Ar или Mr, ответ записывают без г и других единиц.

Индекс после скобок могут ошибочно отнести только к последнему символу перед ним. Но скобки объединяют группу, поэтому индекс умножает число атомов каждого элемента внутри неё. Ошибку легко заметить, если раскрыть Ca(OH)₂ как CaO₂H₂ и сравнить подсчёт с исходной записью. При чтении формулы всегда проверяйте, есть ли скобки.

При вычислении Mr иногда складывают значения Ar, не учитывая индексы. Так теряются повторяющиеся атомы, и результат получается меньше правильного. Ошибка появляется, если читать только символы и не сверять числа у них. Перед сложением выпишите число атомов каждого элемента и умножьте на него соответствующее Ar.

Перечень элементов принимают за полный ответ о составе вещества. Однако он показывает только качественный состав и не говорит, сколько атомов каждого элемента есть в формуле. Например, H₂O и H₂O₂ содержат одни и те же элементы, но разное число атомов кислорода. Для проверки отдельно запишите названия элементов и количество атомов каждого.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать состав вещества, нужно уметь читать символы элементов и индексы в химических формулах. Также пригодится таблица Менделеева: в ней находят значения относительных атомных масс. Если эти навыки пока вызывают трудности, начните с распознавания символов и чтения простых формул без скобок.

Относительные массы и состав формул нужны при составлении и уравнивании химических уравнений. Они также помогают выполнять расчёты состава веществ: формула задаёт, атомы каких элементов и в каком количестве учитывают. Поэтому умение читать индексы и считать атомы становится основой для дальнейших вычислений в химии.

Что запомнить

• Ar сравнивает массу атома элемента с 1/12 массы атома углерода-12.
• Mr — сумма относительных атомных масс атомов, входящих в молекулу.
• Ar и Mr не имеют единиц измерения.
• Индекс в формуле показывает число атомов элемента.
• Если индекс не указан, атом данного элемента один.
• Качественный состав — какие элементы входят в вещество; количественный — сколько атомов каждого элемента.