"Химия. Вводный курс", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Ахлебинин А.К.
Атомы и молекулы настолько малы, что сравнивать их массы в граммах неудобно. В химии используют относительные массы: их сравнивают с одной и той же долей массы атома углерода-12. Так можно узнать, во сколько раз масса атома, молекулы или формульной единицы больше выбранного образца. Относительную атомную массу находят в периодической таблице, а молекулярную и формульную вычисляют по химической формуле, складывая массы всех атомов с учётом индексов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Относительная атомная масса Ar — это отношение массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Она показывает, во сколько раз атом тяжелее выбранного образца. Ar не имеет единиц измерения, потому что при делении одной массы на другую единицы сокращаются.
Относительная молекулярная масса Mr показывает, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода-12. Она нужна, чтобы сравнивать молекулы разных веществ по массе. Как и Ar, эта величина безразмерна.
Атомная единица массы — это 1/12 массы атома углерода-12. Её можно представить как очень малую мерку, с которой сравнивают массы атомов и молекул. Такая мерка удобнее грамма, когда речь идёт о частицах.
Относительная формульная масса — сумма относительных атомных масс всех атомов, записанных в формульной единице вещества, которое не состоит из отдельных молекул. Она помогает сравнивать состав таких веществ и рассчитывать их относительную массу по формуле. Её, как и Ar и Mr, записывают без единиц измерения.
Масса одного атома чрезвычайно мала, поэтому в граммах её пришлось бы записывать очень маленьким числом с множеством нулей. Такие числа неудобно читать и сравнивать. Вместо этого химики используют единую малую мерку и выражают массу частицы через неё. Так сравнение становится простым: достаточно узнать, сколько таких мерок приходится на атом или молекулу.
За образец приняли 1/12 массы атома углерода-12. Для каждого другого атома задают вопрос: во сколько раз его масса больше этой доли? Полученное отношение и есть относительная атомная масса. Поскольку образец общий для всех элементов, значения Ar можно сравнивать между собой, не переводя массы в граммы.
Значения относительных атомных масс можно найти в периодической таблице. Чтобы воспользоваться ими, сначала определи, какие элементы входят в формулу, а затем посмотри их Ar в клетках таблицы. Маленькая цифра справа внизу от символа называется индексом и показывает число атомов этого элемента. Если индекс не написан, атом считают один раз.
Молекула может включать несколько атомов одного или разных элементов, поэтому для её массы нужно учесть каждый из них. Относительная молекулярная масса равна сумме Ar всех атомов в молекуле. Если у элемента есть индекс, его Ar умножают на этот индекс, а затем складывают полученные вклады. Так формула точно отражает состав молекулы, а не только перечень элементов.
Не каждое вещество состоит из отдельных молекул: его формула может обозначать соотношение частиц в составе, а не конкретную молекулу. В таком случае находят относительную формульную массу — складывают Ar атомов в формульной единице. Правило сложения остаётся тем же, что и для Mr, потому что в обоих случаях нужно учесть все атомы, показанные формулой. Различается то, к какой частице или единице состава относится результат.
| Величина | Что сравнивают | Как обозначают | Как находят |
|---|---|---|---|
| Относительная атомная масса | Массу атома с 1/12 массы атома углерода-12 | Ar | Находят в периодической таблице |
| Относительная молекулярная масса | Массу молекулы с 1/12 массы атома углерода-12 | Mr | Складывают Ar всех атомов молекулы с учётом индексов |
| Относительная формульная масса | Массу формульной единицы с 1/12 массы атома углерода-12 | Часто Mr или относительная формульная масса | Складывают Ar всех атомов в формульной единице с учётом индексов |
Сначала определи, о какой частице или единице состава идёт речь, затем выбери нужную величину. Для вычисления по формуле посчитай атомы каждого элемента и умножь соответствующие Ar на их количество. Помни, что в таблице Ar уже приведена, а массы молекул и формульных единиц нужно вычислять.
Задача 1. Найдите относительную молекулярную массу воды H₂O, если Ar(H) = 1, Ar(O) = 16. В формуле два атома водорода и один атом кислорода. Поэтому массу водорода нужно учесть дважды, а кислорода — один раз.
Ответ: Mr(H₂O) = 18. Число показывает относительную массу молекулы по сравнению с выбранной долей массы атома углерода-12.
Задача 2. Найдите относительную молекулярную массу углекислого газа CO₂, если Ar(C) = 12, Ar(O) = 16. У углерода индекса нет, значит, его атом один; у кислорода индекс 2, значит, атомов кислорода два. Перед сложением нужно умножить Ar кислорода на 2.
Ответ: Mr(CO₂) = 44. Проверка: в выражении учтён один атом углерода и оба атома кислорода из формулы.
Задача 3. Вычислите относительную формульную массу сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃, если Ar(Al) = 27, Ar(S) = 32, Ar(O) = 16. Сначала нужно правильно посчитать атомы: индекс 3 после скобок относится ко всей группе SO₄. Значит, атомов S будет 3, а атомов O — 4 × 3, то есть 12.
Ответ: относительная формульная масса Al₂(SO₄)₃ равна 342. Внешний индекс умножает число атомов каждого элемента внутри скобок, а индекс 2 у Al учитывается отдельно.
Иногда к Ar или Mr приписывают единицы, например граммы. Это происходит потому, что речь идёт о массе, но относительная величина является отношением двух масс, поэтому единицы сокращаются. Проверь себя: если в записи остались граммы, значит, ты записал не относительную массу. Ar, Mr и относительная формульная масса безразмерны.
Индекс в химической формуле можно ошибочно принять за число перед всей формулой. Однако индекс относится только к символу или группе непосредственно перед ним: в H₂O он показывает два атома H, а не две молекулы воды. Чтобы проверить себя, перечисли атомы, которые входят в одну формулу. Число перед формулой, если оно есть, действует уже на всю формулу.
При вычислении Mr иногда складывают Ar каждого элемента только по одному разу, забывая индексы. Так можно ошибиться, если в молекуле несколько атомов одного элемента. Перед вычислением выпиши число атомов каждого вида, а затем умножь на него соответствующее Ar. Например, для CO₂ кислород даёт вклад 2 × 16, а не просто 16.
Неверно называть относительную молекулярную массу массой отдельной молекулы любого вещества. Некоторые вещества описывают формулами, которые показывают состав формульной единицы, а не отдельную молекулу. В таком случае рассчитывают относительную формульную массу. Проверь, какой частице соответствует формула вещества, и только после этого выбирай название величины.
Для работы с относительными массами нужно знать химические символы элементов, уметь читать формулы веществ и находить элементы в периодической таблице. Без этого нельзя определить, какие Ar подставить и сколько атомов каждого элемента учитывать. Полезно сначала потренироваться различать символы, индексы и скобки. Тогда вычисления становятся последовательностью понятных действий.
Относительные массы помогают сравнивать частицы разных веществ и находить массу формульной единицы по составу. Эти умения понадобятся в дальнейших количественных расчётах в химии. Особенно важно правильно читать формулы: ошибка в индексе меняет результат вычисления. Навык сложения вкладов атомов станет основой для таких задач.
Почему относительную атомную массу сравнивают именно с 1/12 массы атома углерода-12?
Атом углерода-12 выбран как общий образец, а его массу разделили на 12, чтобы получить удобную малую единицу сравнения. Такой единый масштаб позволяет сопоставлять массы атомов разных элементов и согласованно записывать их относительные значения.
Почему у относительной атомной массы нет единиц измерения?
Относительная атомная масса — это отношение массы атома к другой массе, равной 1/12 массы атома углерода-12. При делении одинаковые единицы сокращаются, поэтому результат безразмерный.
Где в периодической таблице найти относительную атомную массу элемента?
Её обычно указывают в клетке элемента рядом с его названием и химическим символом. Расположение числа может немного различаться в разных таблицах, поэтому ориентируйся на подписи и условные обозначения.
Как учитывать индексы и скобки при вычислении относительной молекулярной массы?
Индекс показывает, сколько атомов соответствующего элемента нужно учесть, поэтому его относительную атомную массу умножают на индекс. Если после скобок стоит индекс, он умножает число атомов каждого элемента внутри группы.
Чем относительная формульная масса отличается от относительной молекулярной?
Обе величины находят сложением относительных атомных масс с учётом индексов. Mr относят к молекуле, а относительную формульную массу используют для веществ, формулы которых показывают состав формульной единицы, а не отдельной молекулы.
§ 10. Относительные атомная и молекулярная массы
