Некоторые методы определения молекулярных масс

Закон Авогадро

открывает путь для экстремального определения молекулярных масс газов и веществ, переходящих в газообразное состояние без разложения. Пусть число молекул в заданном объёме сравниваемых газов составляет N

. Если массу молекулы первого газа m1, а массу молекулы второго газа — m2, то массы заданных объёмов, т. к. объёмы принимаются равными будут относиться, как молекулярные массы.

Отношение массы данного объёма газа к массе такого же объёма другого газа называется плотностью одного газа по второму и обозначается буквой D:

D = m1/m2

Принимая во внимание, что молярная масса пропорциональна молекулярной:

M = 6,02·1023m

получаем: D = M1/M2.

Плотность D газа показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Если известны плотность D первого газа по второму и молярная масса M2 последнего, можно вычислить молярную массу M1 первого газа.

Обычно плотность газа определяют по водороду или по воздуху, вводя соответственно обозначение DH или Dвозд

Если известна плотность газа по водороду, то M1 = DH·M(H2), а так как молярная масса водорода округленно равна 2, то М1 = 2 DH.

Если известна плотность газа по воздуху, средняя молярная масса которого принимается равной 29, то искомая молярная масса газа M1 = 29 Dвозд

Примеры.

3. Вычислить молярную массу монооксида азота, плотность которого по водороду равна 15. М(NO) = 2·15 = 30 г/моль.

4. Вычислить молярную массу бутана, если его плотность по воздуху равна 2. М(С4Н10) = 2·29 = 58 г/моль.

Для определения молярной массы газа можно использовать представление о его молярном объёме. Моль любого газа про нормальных условиях занимает объём 22,4 л. Следовательно, если известна масса m некоторого объёма V газа при нормальных условиях, то M можно вычислить по пропорции:

V л газа имеют массу m г

22,4 л -”- х г

x = ; M = x г/моль

Примеры.

5. Вычислить молярную массу этана 5,6 л которого при нормальных условиях имеют массу 7,5 г.

5,6 л этана имеют массу 7,5 г,

а 22,4 л -”- х г

х = = 30 г.

Зная молярную массу газа легко вычислить его плотность по водороду, воздуху или любому другому газу, молярная масса которого известна.

6. Вычислить плотность по водороду гемиоксида азота.

DH(N2O) = = 22

7. Найти плотность по воздуху тетрафторида кремния.

Dвозд. (SiF4) = = 3,59.

Измерения объёмов газов обычно проводят при условиях, отличных от нормальных. Для приведения объёма газа к нормальным условиям используют уравнение объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

=

В этом уравнении V — объём данной массы газа при заданных давлении p и температуре T (в Кельвинах); Vо — объём этой же массы газа при нормальных условиях (при давлении 101325 Па, или 760 мм рт. ст. и температуре 273 К).

Если Vо означает объём, занимаемый при нормальных условиях 1 молем газа, т. е. 22,4 л, то для всех газов соотношение будет постоянной величиной. Эта величина называется универсальной газовой постоянной,

обозначается буквой R, имеет размерность единица энергии/(Кельвин·моль). Численное значение R зависит от единиц, в которых выражается объём и давление газа.

В Международной системе единиц (СИ) давление выражается в паскалях (Па, 1 Па = 1 Н/м2), объём в кубических метрах (м3), следовательно значение универсальной газовой постоянной определяется значением:

R = 1,013·105·22,4·10-3 / 273 = 8,314 Дж/(К·моль).