Υπολογιστής Μοριακού Βάρους - Υπολογισμός Μοριακής Μάζας

Τι είναι ο υπολογιστής μοριακού βάρους;

Ο υπολογιστής μοριακού βάρους βρίσκει τη μάζα ενός mol μιας χημικής ένωσης από τον τύπο της. Προσθέτει το ατομικό βάρος κάθε ατόμου στο μόριο και δίνει το άθροισμα σε γραμμάρια ανά mol (g/mol). Φοιτητές, εργαστηριακό προσωπικό και χημικοί το χρησιμοποιούν για να παρασκευάσουν διαλύματα, να ελέγξουν εργασίες και να σχεδιάσουν χημικές αντιδράσεις.

Τύπος μοριακού βάρους

Το μοριακό βάρος, που ονομάζεται επίσης γραμμομοριακή μάζα, είναι το άθροισμα των ατομικών βαρών κάθε ατόμου σε έναν τύπο, το καθένα πολλαπλασιασμένο επί το πόσες φορές εμφανίζεται εκείνο το άτομο:

$MW = \sum_i (\text{atomic weight of element } i) \times (\text{number of atoms of element } i)$

Το ατομικό βάρος είναι η μέση μάζα των ατόμων ενός στοιχείου, συγκρινόμενη με ένα σταθερό πρότυπο. Στην πράξη είναι ο αριθμός των γραμμαρίων σε ένα mol αυτών των ατόμων. Ο μέσος όρος προκύπτει από το φυσικό μείγμα των ισοτόπων του στοιχείου, δηλαδή ατόμων του ίδιου στοιχείου που φέρουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων και άρα έχουν διαφορετική μάζα. Οι παρακάτω τιμές ακολουθούν το πρότυπο που δημοσιεύει η Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC).

Πώς να υπολογίσετε το μοριακό βάρος: ανάγνωση ενός τύπου

Ένας χημικός τύπος συμπυκνώνει τρία είδη πληροφορίας σε μια σύντομη ακολουθία γραμμάτων και αριθμών:

1. Τα σύμβολα στοιχείων, όπως H, O ή Na, δείχνουν ποια άτομα υπάρχουν.
2. Οι δείκτες, οι αριθμοί αμέσως μετά από ένα σύμβολο, δείχνουν πόσα άτομα εκείνου του στοιχείου υπάρχουν. Το H₂O έχει δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου.
3. Οι παρενθέσεις ομαδοποιούν ένα σύνολο ατόμων. Ένας αριθμός μετά την κλείνουσα παρένθεση πολλαπλασιάζει κάθε άτομο μέσα στην ομάδα.

Παράδειγμα: υδροξείδιο του ασβεστίου, Ca(OH)₂

Το υδροξείδιο του ασβεστίου έχει ένα άτομο ασβεστίου και μια ομάδα, (OH), που επαναλαμβάνεται δύο φορές.

• Ca: 1 άτομο × 40,078 = 40,078
• O: 2 άτομα × 15,999 = 31,998
• H: 2 άτομα × 1,008 = 2,016

$MW = 40.078 + 2 \times (15.999 + 1.008) = 40.078 + 34.014 = 74.092 \text{ g/mol}$

Παράδειγμα: εμφωλευμένες παρενθέσεις, Fe(C₂H₃O₂)₃

Ορισμένοι τύποι εμφωλεύουν μια ομάδα μέσα σε έναν μεγαλύτερο τύπο. Το οξικό σίδηρο(III) είναι ένα τέτοιο παράδειγμα.

1. Βρείτε το βάρος της ομάδας (C₂H₃O₂): 2×12,011 + 3×1,008 + 2×15,999 = 59,044
2. Πολλαπλασιάστε επί τον δείκτη έξω από τις παρενθέσεις: 3 × 59,044 = 177,132
3. Προσθέστε το άτομο σιδήρου: 55,845 + 177,132 = 232,977 g/mol

Πώς να χρησιμοποιήσετε τον υπολογιστή μοριακού βάρους

1. Πληκτρολογήστε έναν χημικό τύπο στο πεδίο εισαγωγής, όπως H2O, NaCl, C6H12O6 ή Ca(OH)2.
2. Ο υπολογιστής εμφανίζει το μοριακό βάρος σε g/mol και παραθέτει τη συνεισφορά κάθε στοιχείου.
3. Αντιγράψτε το αποτέλεσμα για χρήση αλλού.

Οι τύποι πρέπει να χρησιμοποιούν τυπική σημειογραφία: ένα σύμβολο στοιχείου ξεκινά με κεφαλαίο γράμμα, και ένα δεύτερο γράμμα, εάν υπάρχει, είναι πεζό (Na, όχι NA ή na). Οι δείκτες τοποθετούνται αμέσως μετά από ένα σύμβολο ή μια κλείνουσα παρένθεση και πρέπει να είναι 1 ή μεγαλύτεροι. Ένας δείκτης 0, όπως στο H0 ή στο (OH)0, απορρίπτεται αντί να καταμετρηθεί ως καθόλου άτομα. Τα κενά αγνοούνται, οπότε το "H2 O" και το "H2O" δίνουν το ίδιο αποτέλεσμα.

Ο υπολογιστής δεν διαβάζει την ανυψωμένη τελεία που χρησιμοποιείται στη σημειογραφία ενύδρων, όπως στο CuSO₄·5H₂O. Η εισαγωγή αυτής της τελείας παράγει σφάλμα. Για να βρείτε το μοριακό βάρος ενός ενύδρου, υπολογίστε την άνυδρη ένωση και το νερό χωριστά, έπειτα προσθέστε τα: μοριακό βάρος του CuSO₄ συν 5 φορές το μοριακό βάρος του H₂O.

Παραδείγματα μοριακού βάρους

Απλές ενώσεις

Σύνθετες ενώσεις

Γιατί έχει σημασία το μοριακό βάρος

Το μοριακό βάρος μετατρέπει τον αριθμό των μορίων σε ένα δείγμα (μετρημένο σε mol) στη μάζα εκείνου του δείγματος (μετρημένη σε γραμμάρια). Αυτή η μετατροπή βρίσκεται πίσω από το μεγαλύτερο μέρος της ποσοτικής εργασίας στη χημεία.

Σε ένα εργαστήριο, καθορίζει πόσο στερεό πρέπει να ζυγιστεί για ένα διάλυμα δεδομένης συγκέντρωσης. Για να παρασκευαστούν 500 mL διαλύματος χλωριούχου νατρίου 0,1 mol/L: 0,1 mol/L × 0,5 L × 58,44 g/mol = 2,922 g NaCl. Στη στοιχειομετρία, μετατρέπει τα γραμμάρια που μετρούνται σε μια ζυγαριά στα mol που χρησιμοποιούνται σε μια ισοσταθμισμένη χημική εξίσωση, η οποία προβλέπει πόσο προϊόν θα αποδώσει μια αντίδραση. Σε βιολογικά εργαστήρια, καθορίζει πόση γλυκόζη ή άλλο θρεπτικό συστατικό πρέπει να προστεθεί σε έναν σταθερό όγκο θρεπτικού υλικού κυτταροκαλλιέργειας. Και στην παρασκευή φαρμάκων, χρησιμοποιείται για να υπολογιστεί πόση ποσότητα μιας ένωσης όπως η ασπιρίνη (C₉H₈O₄, 180,159 g/mol) περιέχεται σε κάθε δόση.

Σύντομη ιστορία

Το 1803, ο John Dalton πρότεινε ότι τα στοιχεία αποτελούνται από άτομα και δημοσίευσε τον πρώτο πίνακα σχετικών ατομικών βαρών. Ο Jöns Jacob Berzelius βελτίωσε αυτές τις μετρήσεις μεταξύ 1808 και 1826. Το 1869, ο Dmitri Mendeleev διέταξε τα στοιχεία κατά ατομικό βάρος στον περιοδικό πίνακα, γεγονός που αποκάλυψε πρότυπα στις ιδιότητές τους. Η ανακάλυψη των ισοτόπων από τον Frederick Soddy το 1913 εξήγησε γιατί τα ατομικά βάρη δεν είναι ακέραιοι αριθμοί: τα άτομα ενός στοιχείου μπορούν να φέρουν ελαφρώς διαφορετικές μάζες ανάλογα με τον αριθμό των νετρονίων τους. Το 1961, ο άνθρακας-12 αντικατέστησε το υδρογόνο ως σημείο αναφοράς για τα ατομικά βάρη. Η IUPAC εξακολουθεί να επανεξετάζει και να ενημερώνει τις πρότυπες τιμές καθώς προκύπτουν νέες μετρήσεις αφθονίας ισοτόπων.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι το μοριακό βάρος;

Το μοριακό βάρος είναι η συνολική μάζα ενός mol μιας ουσίας, που βρίσκεται προσθέτοντας τα ατομικά βάρη όλων των ατόμων στον τύπο της. Μετριέται σε γραμμάρια ανά mol (g/mol).

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μοριακού βάρους και γραμμομοριακής μάζας;

Οι δύο όροι περιγράφουν το ίδιο μέγεθος για μια δεδομένη ένωση και χρησιμοποιούνται εναλλακτικά στις περισσότερες χημικές εργασίες. Η γραμμομοριακή μάζα αναφέρεται συγκεκριμένα στη μάζα ενός mol (6,022×10²³ μορίων) μιας ουσίας, σε g/mol.

Γιατί τα ατομικά βάρη έχουν δεκαδικές τιμές;

Τα περισσότερα στοιχεία υπάρχουν στη φύση ως μείγμα ισοτόπων, δηλαδή ατόμων με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Το ατομικό βάρος ενός στοιχείου είναι η μέση μάζα των ατόμων του, σταθμισμένη ανάλογα με το πόσο συχνό είναι κάθε ισότοπο. Αυτός ο μέσος όρος σπάνια είναι ακέραιος αριθμός.

Μπορεί ο υπολογιστής να χειριστεί τύπους με εμφωλευμένες παρενθέσεις;

Ναι. Επιλύει πρώτα την εσωτερικότερη ομάδα, την πολλαπλασιάζει επί τον δείκτη που ακολουθεί την κλείνουσα παρένθεση και επαναλαμβάνει τη διαδικασία μέχρι ολόκληρος ο τύπος να αναχθεί σε ένα ενιαίο σύνολο, όπως φαίνεται στο παράδειγμα Fe(C₂H₃O₂)₃ παραπάνω.

Μπορεί ο υπολογιστής να επεξεργαστεί απευθείας τύπους ενύδρων όπως το CuSO₄·5H₂O;

Όχι. Η ανυψωμένη τελεία (·) δεν αναγνωρίζεται ως χαρακτήρας, και η εισαγωγή της παράγει σφάλμα. Υπολογίστε την άνυδρη ένωση και το νερό χωριστά, έπειτα προσθέστε το μοριακό βάρος του νερού πολλαπλασιασμένο επί τον αριθμό ενυδάτωσης.

Γιατί απορρίπτεται ένας δείκτης 0;

Ένας δείκτης δηλώνει πόσα άτομα ενός στοιχείου περιέχει ο τύπος, οπότε η μικρότερη ουσιαστική τιμή είναι το 1. Η αντιμετώπιση του H0 ως έγκυρου τύπου θα ανέφερε μοριακό βάρος 0 g/mol, κάτι που καμία ουσία δεν έχει. Ο υπολογιστής εμφανίζει σφάλμα αντ' αυτού.

Πόσο ακριβή είναι τα αποτελέσματα;

Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί τα πρότυπα ατομικά βάρη της IUPAC και επιστρέφει αποτελέσματα με έως τέσσερα δεκαδικά ψηφία, κάτι που είναι περισσότερο από αρκετό για εργασίες τάξης, συνήθεις εργαστηριακούς υπολογισμούς και προβλήματα στοιχειομετρίας.