Υπολογιστής Μοριακής Μάζας - Υπολογισμός Μοριακού Βάρους Άμεσα

Ο υπολογιστής γραμμομοριακής μάζας βρίσκει τη μάζα ενός mol μιας χημικής ένωσης από τον χημικό της τύπο. Το αποτέλεσμα δίνεται σε γραμμάρια ανά mol (g/mol), τιμή η οποία αποκαλείται επίσης μοριακό βάρος.

Τι είναι η γραμμομοριακή μάζα;

Η γραμμομοριακή μάζα είναι η μάζα ενός mol μιας ουσίας. Το mol είναι ένας καθορισμένος αριθμός σωματιδίων: 6,02214076 × 10²³, γνωστός ως αριθμός του Avogadro. Ο αριθμός αυτός είναι ακριβής. Καθορίστηκε εξ ορισμού στην αναθεώρηση του 2019 του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI).

Οι χημικοί χρησιμοποιούν mol επειδή τα άτομα και τα μόρια είναι υπερβολικά μικρά για να ζυγιστούν ένα-ένα. Ένα mol μετατρέπει έναν μετρήσιμο αριθμό σωματιδίων σε μάζα που μπορεί να μετρήσει ένας εργαστηριακός ζυγός.

Τύπος της γραμμομοριακής μάζας

Η γραμμομοριακή μάζα μιας ένωσης είναι το άθροισμα των ατομικών μαζών κάθε ατόμου στον τύπο της:

$M = \sum_{i} (A_i \times n_i)$

• $M$ είναι η γραμμομοριακή μάζα της ένωσης, σε g/mol
• $A_i$ είναι η ατομική μάζα του στοιχείου $i$, σε g/mol
• $n_i$ είναι ο αριθμός των ατόμων του στοιχείου $i$ που εμφανίζονται στον τύπο

Οι ατομικές μάζες προέρχονται από τον περιοδικό πίνακα. Κάθε μία είναι ένας σταθμισμένος μέσος όρος των ισοτόπων ενός στοιχείου που απαντούν στη φύση, με βάση τις πρότυπες τιμές που δημοσιεύει η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC).

Πώς υπολογίζεται η γραμμομοριακή μάζα: βήμα προς βήμα

Παράδειγμα 1: Νερό (H₂O)

1. Καταγράψτε κάθε στοιχείο και τον αριθμό των ατόμων του που εμφανίζονται: 2 υδρογόνο (H), 1 οξυγόνο (O).
2. Πολλαπλασιάστε κάθε ατομική μάζα με τον αριθμό των ατόμων της: H = 1,008 × 2 = 2,016 g/mol· O = 15,999 × 1 = 15,999 g/mol.
3. Προσθέστε τα αποτελέσματα: 2,016 + 15,999 = 18,015 g/mol.

Η γραμμομοριακή μάζα του νερού είναι 18,015 g/mol.

Παράδειγμα 2: Υδροξείδιο του ασβεστίου (Ca(OH)₂)

Οι παρενθέσεις σημαίνουν ότι όλα όσα βρίσκονται μέσα πολλαπλασιάζονται με τον αριθμό που γράφεται μετά την παρένθεση κλεισίματος. Στο Ca(OH)₂, η ομάδα (OH) εμφανίζεται δύο φορές.

1. Άτομα: 1 Ca, 2 O, 2 H.
2. Πολλαπλασιασμός: Ca = 40,078 × 1 = 40,078· O = 15,999 × 2 = 31,998· H = 1,008 × 2 = 2,016.
3. Πρόσθεση: 40,078 + 31,998 + 2,016 = 74,092 g/mol.

Τα Ca(OH)₂ και CaOH₂ δεν είναι ο ίδιος τύπος. Χωρίς παρενθέσεις, το CaOH₂ θα σήμαινε μόνο ένα άτομο οξυγόνου αντί για δύο, δηλαδή διαφορετική και λανθασμένη ένωση.

Πώς να χρησιμοποιήσετε αυτόν τον υπολογιστή

1. Πληκτρολογήστε έναν χημικό τύπο στο πεδίο εισαγωγής, όπως H2O, NaCl ή Ca(OH)2.
2. Χρησιμοποιήστε την τυπική χρήση κεφαλαίων και πεζών. Το πρώτο γράμμα του συμβόλου ενός στοιχείου είναι κεφαλαίο και τυχόν δεύτερο γράμμα είναι πεζό. Το «Na» είναι νάτριο· το «na» δεν διαβάζεται ως στοιχείο.
3. Χρησιμοποιήστε παρενθέσεις, αγκύλες ή άγκιστρα για να ομαδοποιήσετε άτομα που επαναλαμβάνονται και, στη συνέχεια, προσθέστε έναν αριθμό μετά την παρένθεση κλεισίματος.
4. Διαβάστε τη συνολική γραμμομοριακή μάζα, τον πίνακα ανάλυσης των στοιχείων και το ποσοστό μάζας κάθε στοιχείου.

Ο υπολογιστής επισημαίνει τρία είδη προβλημάτων: ένα σύμβολο που δεν αναγνωρίζει, έναν χαρακτήρα που δεν μπορεί να διαβάσει και παρενθέσεις που δεν κλείνουν ποτέ. Η χρήση κεφαλαίων και πεζών έχει μεγαλύτερη σημασία απ’ όσο μπορεί να φαίνεται. Η πληκτρολόγηση του «Co2» αντί για το «CO2» δεν προκαλεί σφάλμα, επειδή το «Co» είναι έγκυρο σύμβολο στοιχείου, του κοβαλτίου. Ο υπολογιστής διαβάζει το «Co2» ως δύο άτομα κοβαλτίου και όχι ως διοξείδιο του άνθρακα.

Γιατί έχει σημασία η γραμμομοριακή μάζα

Η γραμμομοριακή μάζα συνδέει τη μάζα που μετράται σε έναν ζυγό με τον αριθμό των mol αυτής της μάζας. Οι χημικοί χρησιμοποιούν τα mol, όχι τα γραμμάρια, ως μονάδα για την εξισορρόπηση χημικών εξισώσεων και τον υπολογισμό των αποδόσεων των αντιδράσεων.

Μια συνηθισμένη εργαστηριακή εργασία είναι η παρασκευή διαλύματος γνωστής συγκέντρωσης. Για την παρασκευή 500 mL διαλύματος 0,1 mol/L χλωριούχου νατρίου (NaCl, με γραμμομοριακή μάζα 58,44 g/mol):

$m = c \times V \times M$

όπου m είναι η μάζα σε γραμμάρια, c η συγκέντρωση σε mol ανά λίτρο και V ο όγκος σε λίτρα.

μάζα = 0,1 mol/L × 0,5 L × 58,44 g/mol = 2,922 g

Η ζύγιση 2,922 g NaCl και η διάλυσή του σε 500 mL νερού δίνουν την επιθυμητή συγκέντρωση. Ένα σφάλμα στη γραμμομοριακή μάζα μεταφέρεται άμεσα ως σφάλμα στην τελική συγκέντρωση.

Συχνές ερωτήσεις

Σε τι διαφέρει η γραμμομοριακή μάζα από το μοριακό βάρος;

Περιγράφουν την ίδια ποσότητα σε διαφορετικές μονάδες. Η γραμμομοριακή μάζα εκφράζεται σε γραμμάρια ανά mol (g/mol). Το μοριακό βάρος εκφράζεται συχνά σε μονάδες ατομικής μάζας (amu) ή ντάλτον (Da). Ο αριθμός είναι ο ίδιος και στις δύο περιπτώσεις: το νερό είναι 18,015 g/mol ή 18,015 Da.

Γιατί ο υπολογιστής αναφέρει «άγνωστο στοιχείο»;

Αυτό σημαίνει ότι εντόπισε ένα σύμβολο που δεν υπάρχει στον περιοδικό πίνακα, όπως το «Xx», ή ένα σύμβολο με λανθασμένη χρήση κεφαλαίων και πεζών. Μόνο το πρώτο γράμμα του συμβόλου ενός στοιχείου γράφεται ποτέ με κεφαλαίο.

Μπορεί αυτός ο υπολογιστής να χειριστεί ένυδρα άλατα, όπως το CuSO₄·5H₂O;

Όχι άμεσα. Ο υπολογιστής δεν διαβάζει την υπερυψωμένη τελεία που χρησιμοποιείται στους τύπους των ένυδρων αλάτων, επομένως η εισαγωγή του «CuSO4.5H2O» επιστρέφει σφάλμα. Υπολογίστε χωριστά τα δύο μέρη. Το άνυδρο CuSO₄ είναι 159,602 g/mol. Πέντε μόρια νερού είναι 5 × 18,015 = 90,075 g/mol. Η συνολική τιμή για τον πενταένυδρο θειικό χαλκό είναι 249,677 g/mol.

Πόσο ακριβή είναι τα αποτελέσματα;

Ο υπολογιστής αναφέρει τη γραμμομοριακή μάζα με τέσσερα δεκαδικά ψηφία, για παράδειγμα 18,0150 g/mol για το νερό. Αυτή η ακρίβεια είναι μεγαλύτερη από όση χρειάζεται η περισσότερη εργαστηριακή εργασία. Ένας τυπικός αναλυτικός ζυγός έχει ακρίβεια περίπου ±0,001 g, η οποία αποτελεί συνήθως τη μεγαλύτερη πηγή σφάλματος.

Χρησιμοποιεί ο υπολογιστής ατομικά βάρη της IUPAC;

Ναι. Χρησιμοποιεί τα πρότυπα ατομικά βάρη που δημοσιεύει η IUPAC, ο οργανισμός που καθορίζει τις τιμές αναφοράς για τις ατομικές μάζες παγκοσμίως. Για στοιχεία των οποίων οι αναλογίες ισοτόπων διαφέρουν ανάλογα με τη γεωλογική προέλευση, όπως το λίθιο, η IUPAC δημοσιεύει ένα εύρος και οι υπολογιστές χρησιμοποιούν μία συμβατική τιμή από αυτό το εύρος.

Τι κάνουν οι παρενθέσεις και οι αγκύλες σε έναν τύπο;

Ομαδοποιούν άτομα που επαναλαμβάνονται ως ενότητα. Στο Ca(OH)₂, η ομάδα (OH) πολλαπλασιάζεται με 2, προσθέτοντας 2 άτομα οξυγόνου και 2 άτομα υδρογόνου μαζί με 1 άτομο ασβεστίου. Οι αγκύλες [ ] και τα άγκιστρα { } λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο και μπορούν να εμφωλεύονται μέσα σε παρενθέσεις, κάτι χρήσιμο για σύνθετους τύπους, όπως οι τύποι ενώσεων συναρμογής.