"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Атомы и молекулы обладают массой, но она настолько мала, что выражать её в граммах неудобно. Поэтому в химии используют атомную единицу массы и относительные величины — относительную атомную массу Ar и относительную молекулярную массу Mr. Они помогают сравнивать частицы и вычислять массу молекулы по химической формуле: нужно сложить массы всех входящих в неё атомов с учётом индексов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атомная единица массы — единица, равная 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают «а.е.м.» или u. Она нужна как удобная общая мера, с которой сравнивают массы всех атомов.
Относительная атомная масса — отношение массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Ar, например Ar(O) = 16. Это число показывает, во сколько раз атом тяжелее атомной единицы массы.
Относительная молекулярная масса — отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Mr. Величина помогает определить массу всей молекулы, учитывая каждый атом в её составе.
Масса атома или молекулы — масса отдельной частицы, которую можно выразить в килограммах или атомных единицах массы. В отличие от относительных величин, это настоящая физическая масса. Её выбирают, когда нужно указать массу конкретной частицы, а не только сравнить её с эталоном.
Массы отдельных атомов и молекул неудобно выражать в граммах, потому что такие частицы чрезвычайно малы. Например, в граммах пришлось бы записывать длинные числа с большим количеством нулей после запятой. Для удобного сравнения используют не абсолютную массу в граммах, а отношение одной массы к другой.
В качестве общей меры выбрали 1/12 массы атома углерода-12. Углерод-12 подходит для этого как точный и воспроизводимый эталон, а деление на 12 связано с числом частиц в ядре этого атома. Так получают атомную единицу массы, после чего массу любого атома можно сравнить с одной и той же величиной.
Если масса атома кислорода в 16 раз больше атомной единицы массы, записывают Ar(O) = 16. Это значение является отношением: масса атома стоит в числителе, а атомная единица — в знаменателе. Поэтому единицы массы сокращаются, и у Ar остаётся только число без обозначения граммов или килограммов.
Молекула состоит из нескольких атомов, поэтому её относительную массу находят по составу. Сначала определяют вклад каждого элемента: относительную атомную массу умножают на число его атомов. Затем все полученные вклады складывают, потому что масса молекулы складывается из масс входящих в неё атомов.
Численное значение Mr совпадает с численным значением массы молекулы, если последнюю выражать в атомных единицах массы. Например, Mr воды равно 18, значит масса одной молекулы воды составляет 18 u. Это не означает, что Mr имеет единицу измерения: Mr остаётся относительной величиной.
| Величина | Что сравнивают или определяют | Обозначение | Единица измерения | Как находят |
|---|---|---|---|---|
| Атомная единица массы | 1/12 массы атома углерода-12 | а.е.м. или u | а.е.м. или u | Принимают за эталонную долю массы углерода-12 |
| Относительная атомная масса | Во сколько раз атом тяжелее атомной единицы массы | Ar | Нет | Массу атома делят на 1/12 массы атома углерода-12 |
| Относительная молекулярная масса | Во сколько раз молекула тяжелее атомной единицы массы | Mr | Нет | Складывают Ar всех атомов с учётом индексов |
| Масса частицы в атомных единицах массы | Массу отдельного атома или молекулы | m | а.е.м. или u | Выражают массу частицы через атомную единицу массы |
Сначала определите, о какой величине спрашивается: Ar и Mr являются относительными, а масса частицы имеет единицу. Затем найдите в формуле нужные индексы и подставьте известные значения относительных атомных масс.
Таблица помогает не путать сравнение с измерением. Если требуется Mr, складывают вклады всех атомов, а если нужно назвать Ar, рассматривают только один вид атомов.
Условие: определите, во сколько раз атом кислорода тяжелее атомной единицы массы, если Ar(O) = 16. Здесь уже дано отношение массы атома к выбранной единице. Поэтому дополнительное вычисление не требуется.
Ответ: атом кислорода тяжелее атомной единицы массы в 16 раз.
Условие: вычислите Mr(H₂O), если Ar(H) = 1 и Ar(O) = 16. Индекс ₂ после H означает, что в молекуле два атома водорода. После O индекса нет, значит атом кислорода один.
Ответ: Mr(H₂O) = 18.
Условие: найдите Mr(Na₂SO₄), если Ar(Na) = 23, Ar(S) = 32, Ar(O) = 16. Формула содержит два атома натрия, один атом серы и четыре атома кислорода. Каждый индекс превращается в множитель соответствующего значения Ar.
Ответ: Mr(Na₂SO₄) = 142.
Ошибка 1: указывать единицу измерения у Ar или Mr. Так происходит из-за привычки любое число, связанное с массой, сопровождать граммами. Проверьте себя: если это отношение двух масс, единицы сокращаются.
Ошибка 2: считать Mr массой одного атома. Ученик может взять только первый символ формулы и забыть об остальных частицах. Проверьте, выписаны ли все элементы и их индексы.
Ошибка 3: не учитывать индекс в формуле. Индекс показывает число атомов, поэтому пропуск индекса уменьшает соответствующий вклад в несколько раз. Перепишите формулу словами перед вычислением.
Ошибка 4: умножить Ar на индекс, но не сложить результаты для разных элементов. Такая запись учитывает только часть молекулы. Проверьте итоговую сумму по каждому символу химической формулы.
До изучения темы нужно уметь записывать символы химических элементов и читать формулы веществ. Также необходимо понимать, что индекс справа внизу показывает число атомов данного элемента в частице.
Ar и Mr нужны при составлении химических уравнений и расчётах по формулам веществ. Эти величины позволяют сравнивать состав частиц и выполнять дальнейшие вычисления без записи крайне малых масс в килограммах.
Почему массу атомов не выражают в граммах?
Масса отдельного атома или молекулы чрезвычайно мала. Числа в граммах получаются неудобными для записи и сравнения, поэтому используют атомные единицы массы и относительные величины.
Что принимают за атомную единицу массы?
Атомной единицей массы считают 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают а.е.м. или u и используют как общую меру для сравнения масс атомов.
Почему у относительной атомной массы нет единицы измерения?
Относительная атомная масса — это отношение массы атома к атомной единице массы. Единицы измерения в числителе и знаменателе сокращаются, поэтому остаётся только число.
Как вычислить относительную молекулярную массу по химической формуле?
Нужно сложить относительные атомные массы всех атомов в составе молекулы. Если перед символом стоит индекс, соответствующую Ar умножают на этот индекс.
Нужно ли учитывать индекс элемента при вычислении Mr?
Да, индекс показывает число атомов данного элемента в молекуле. Например, в H₂O два атома водорода, поэтому Mr = 2 · Ar(H) + Ar(O).
§ 12. Атомы и молекулы имеют определенную массу
