"Химия", Журин А.А.
Массы отдельных атомов и молекул настолько малы, что записывать их в килограммах неудобно. Для сравнения частиц химики используют атомную единицу массы, связанную с массой атома углерода-12. Относительные атомная и молекулярная массы показывают, во сколько раз частица тяжелее этой единицы, поэтому не имеют единиц измерения. Зная относительные атомные массы элементов, можно вычислить Mr вещества по его формуле и оценить массу одной молекулы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атомная единица массы (а.е.м.) — единица, равная 1/12 массы атома углерода-12. Массы атомов в килограммах очень малы, поэтому их неудобно записывать и сравнивать. А.е.м. даёт общую удобную меру для описания масс частиц.
Относительная атомная масса — отношение массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12; её обозначают Ar. Она показывает, во сколько раз масса атома больше атомной единицы массы. Это отношение, а не масса атома, поэтому единицы измерения у него нет.
Относительная молекулярная масса — отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12; обозначение — Mr. Она позволяет сравнивать молекулы по массе и вычисляется по химической формуле вещества. Как и Ar, Mr не имеет единицы измерения, поскольку является отношением двух масс.
Молекулярная масса — масса одной молекулы, которую можно выражать в килограммах или а.е.м. В отличие от Mr, это настоящая масса, а не отношение. Она нужна, когда требуется описать массу отдельной молекулы, а не сравнить её с принятой единицей.
Массу одной молекулы можно выразить в килограммах, но такое число будет чрезвычайно маленьким и неудобным в вычислениях. Вместо этого используют общую единицу, связанную с атомом углерода-12. Сравнивая массы частиц в а.е.м., проще понять, какая из них тяжелее и насколько. Поэтому эта единица удобна и для атомов, и для молекул.
Чтобы получить относительную атомную массу, массу атома элемента сравнивают с 1/12 массы атома углерода-12. Иными словами, выясняют, сколько таких долей укладывается в массе рассматриваемого атома. Например, если Ar элемента равна 16, его атом примерно в 16 раз тяжелее принятой доли массы углерода-12. Такое сравнение позволяет пользоваться простыми числами вместо крайне малых значений в килограммах.
Относительная атомная масса не является массой одного атома, потому что при её нахождении одну массу делят на другую. В результате получается число, показывающее отношение, а не количество килограммов или а.е.м. Например, запись Ar(O) = 16 сообщает о сравнении масс, но не означает, что масса атома кислорода равна 16 килограммам. Поэтому после Ar единицу измерения не пишут.
Молекула состоит из атомов, и её масса складывается из масс этих атомов. Поэтому относительную молекулярную массу находят сложением Ar всех атомов, перечисленных в формуле, учитывая индексы. Если у элемента индекс отсутствует, его атом один; если стоит индекс 2, его Ar учитывают дважды. Так формула вещества подсказывает, какие значения складывать и сколько раз.
Полученное значение Mr позволяет оценить массу молекулы в атомных единицах массы. Число а.е.м. в такой оценке примерно совпадает с числом Mr: например, при Mr = 18 масса молекулы составляет около 18 а.е.м. Это не делает Mr массой: для массы указывают единицу, а Mr остаётся безразмерным. Если нужна масса в килограммах, её находят отдельно, используя значение а.е.м. в килограммах.
| Величина | Что показывает | Обозначение | Единица измерения или способ вычисления |
|---|---|---|---|
| Атомная единица массы | Удобную меру массы частиц | а.е.м. | 1/12 массы атома углерода-12 |
| Относительная атомная масса | Отношение массы атома к а.е.м. | Ar | Без единицы измерения |
| Молекулярная масса | Массу одной молекулы | Обычно m | В килограммах или а.е.м. |
| Относительная молекулярная масса | Отношение массы молекулы к а.е.м. | Mr | Сумма Ar атомов в формуле; без единицы измерения |
Сначала определите, какую именно величину требуется найти: массу частицы или отношение масс. Затем выберите нужную строку таблицы и проверьте, требуется ли единица измерения. Для вычисления Mr прочитайте формулу и учтите каждый индекс.
Задача 1. Определите относительную молекулярную массу воды H₂O, если Ar(H) = 1, Ar(O) = 16. В формуле два атома водорода и один атом кислорода, поэтому значение Ar(H) нужно учесть дважды. Складываем вклады всех атомов, не приписывая результату единицу измерения.
Ответ: Mr воды равна 18. Это относительная величина, поэтому ответ записан без единицы измерения.
Задача 2. Рассчитайте относительную молекулярную массу углекислого газа CO₂, если Ar(C) = 12 и Ar(O) = 16. В формуле один атом углерода и два атома кислорода, что показывает индекс 2. Сначала учитываем массу каждого типа атомов, затем складываем их вклады.
Ответ: Mr углекислого газа равна 44. Если бы индекс кислорода не был учтён, масса двух атомов O ошибочно превратилась бы в массу одного.
Задача 3. Сравните относительные молекулярные массы серной кислоты H₂SO₄ и карбоната кальция CaCO₃. Даны Ar(H) = 1, Ar(S) = 32, Ar(O) = 16, Ar(C) = 12 и Ar(Ca) = 40. Рассчитаем Mr каждого вещества отдельно, а после сравним результаты, чтобы не смешать атомы из разных формул.
Ответ: Mr(H₂SO₄) = 98, Mr(CaCO₃) = 100. Относительная молекулярная масса карбоната кальция немного больше — на 2.
Иногда к Ar или Mr приписывают единицу измерения, например записывают Mr = 18 а.е.м. Ошибка возникает потому, что эти величины связаны с массой, но сами являются отношениями масс. Проверьте себя: если массу делят на массу, единицы сокращаются; а.е.м. уместна для массы молекулы, но не для Mr.
Молекулярную массу путают с относительной молекулярной массой и считают, что это два названия одного и того же. Причина — обе величины описывают массу молекулы, но одна является массой частицы, а другая — сравнением с а.е.м. Чтобы проверить ответ, спросите себя, требуется ли масса с единицей измерения или безразмерное число Mr.
Если забыть умножить Ar на индекс, получится вклад только одного атома элемента. Так бывает, когда формулу читают невнимательно или считают индекс частью обозначения элемента. Перепишите формулу словами: например, CO₂ — это один атом C и два атома O; затем сверьте число учтённых атомов с индексами.
Нельзя складывать символы элементов или сами индексы вместо относительных атомных масс. Такая ошибка появляется, когда ученик пытается считать прямо по записи формулы, не подставляя Ar. Составьте сумму вида Ar(C) + 2 · Ar(O) и только затем вычисляйте; в готовом выражении должны складываться числа, а не буквы и не индексы.
Для вычисления Mr нужно уметь читать химические формулы: различать символ элемента и индекс, показывающий число его атомов. Также понадобятся значения относительных атомных масс из периодической таблицы. Освоив эти действия, можно находить массовые отношения веществ и решать задачи по химическим уравнениям, где важно учитывать состав частиц.
Почему массу атома не записывают обычно в килограммах?
Масса атома очень мала, поэтому запись в килограммах получается неудобной: в ней много нулей после запятой. Атомная единица массы позволяет сравнивать массы частиц более наглядно.
Чем атомная единица массы отличается от относительной атомной массы?
Атомная единица массы — это конкретная единица, равная 1/12 массы атома углерода-12. Относительная атомная масса — число, показывающее, во сколько раз масса атома элемента больше этой единицы; единицы измерения у него нет.
Почему у относительной молекулярной массы нет единицы измерения?
Mr — это отношение массы молекулы к атомной единице массы. При делении одной массы на другую единицы сокращаются, поэтому Mr — безразмерное число.
Как учитывать индексы при вычислении относительной молекулярной массы?
Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в молекулу. Относительную атомную массу элемента нужно умножить на его индекс, а затем сложить полученные значения для всех элементов.
Как по относительной молекулярной массе оценить массу одной молекулы?
Масса одной молекулы в атомных единицах массы приближённо равна её относительной молекулярной массе. Например, если Mr равна 18, масса молекулы составляет примерно 18 а.е.м.
§ 11. Массы атомов и молекул
