מחשבון משקל מולקולרי - חישוב מסה מולקולרית

מהו מחשבון מסה מולקולרית?

מחשבון מסה מולקולרית מוצא את המסה של מול אחד מתרכובת כימית לפי הנוסחה שלה. הוא מחבר את המסה האטומית של כל אטום במולקולה ומציג את הסכום בגרמים למול (g/mol). תלמידים, עובדי מעבדה וכימאים משתמשים בו להכנת תמיסות, לבדיקת שיעורי בית ולתכנון תגובות כימיות.

נוסחת המסה המולקולרית

מסה מולקולרית, הנקראת גם מסה מולרית, היא סכום המסות האטומיות של כל האטומים בנוסחה, כאשר כל אחת מוכפלת במספר הפעמים שהאטום מופיע:

$MW = \sum_i (\text{המסה האטומית של היסוד } i) \times (\text{מספר האטומים של היסוד } i)$

מסה אטומית היא המסה הממוצעת של אטומי יסוד, בהשוואה לתקן קבוע. בפועל, זהו מספר הגרמים במול אחד של אטומים אלה. הממוצע נובע מההרכב הטבעי של איזוטופי היסוד — אטומים של אותו יסוד הנושאים מספרים שונים של נייטרונים, ולכן מסותיהם שונות. הערכים שלהלן מבוססים על התקן שפורסם על ידי האיגוד הבין־לאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC).

כיצד לחשב מסה מולקולרית: קריאת נוסחה

נוסחה כימית מרכזת שלושה סוגי מידע במחרוזת קצרה של אותיות ומספרים:

1. סמלי יסודות, כגון H, O או Na, מציינים אילו אטומים קיימים.
2. מנויים, המספרים המופיעים מיד אחרי סמל, מציינים כמה אטומים של אותו יסוד יש. ב־H₂O יש שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד.
3. סוגריים מקבצים יחד קבוצת אטומים. מספר המופיע אחרי הסוגריים הסוגרים מכפיל כל אטום שבתוך הקבוצה.

דוגמה פתורה: סידן הידרוקסידי, Ca(OH)₂

סידן הידרוקסידי מכיל אטום סידן אחד וקבוצה, (OH), החוזרת פעמיים.

• Ca: 1 אטום × 40.078 = 40.078
• O: 2 אטומים × 15.999 = 31.998
• H: 2 אטומים × 1.008 = 2.016

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

דוגמה פתורה: סוגריים מקוננים, Fe(C₂H₃O₂)₃

חלק מהנוסחאות מקננות קבוצה בתוך נוסחה גדולה יותר. אצטט ברזל(III) הוא דוגמה לכך.

1. מצאו את המסה של הקבוצה (C₂H₃O₂): 2×12.011 + 3×1.008 + 2×15.999 = 59.044
2. הכפילו במנוי שמחוץ לסוגריים: 3 × 59.044 = 177.132
3. הוסיפו את אטום הברזל: 55.845 + 177.132 = 232.977 g/mol

כיצד להשתמש במחשבון המסה המולקולרית

1. הקלידו נוסחה כימית בשדה הקלט, כגון H2O, NaCl, C6H12O6 או Ca(OH)2.
2. המחשבון מציג את המסה המולקולרית ב־g/mol ומפרט את התרומה של כל יסוד.
3. העתיקו את התוצאה לשימוש במקום אחר.

על הנוסחאות להשתמש בסימון תקני: סמל יסוד מתחיל באות גדולה, והאות השנייה, אם קיימת, היא קטנה (Na, ולא NA או na). המנויים מופיעים מיד אחרי סמל או סוגריים סוגרים, וחייבים להיות 1 או יותר. מנוי של 0, כמו ב־H0 או (OH)0, נדחה במקום להיחשב כאפס אטומים. מתעלמים מרווחים, לכן "H2 O" ו־"H2O" נותנים אותה תוצאה.

המחשבון אינו קורא את הנקודה העילית המשמשת בסימון הידרטים, כמו ב־CuSO₄·5H₂O. הזנת נקודה זו גורמת לשגיאה. כדי לחשב את המסה המולקולרית של הידרט, חשבו בנפרד את התרכובת האל־מימית ואת המים, ואז חברו ביניהם: המסה המולקולרית של CuSO₄ ועוד 5 כפול המסה המולקולרית של H₂O.

דוגמאות למסה מולקולרית

תרכובות פשוטות

תרכובות מורכבות

מדוע המסה המולקולרית חשובה

המסה המולקולרית מאפשרת להמיר בין מספר המולקולות בדגימה, הנמדד במולים, לבין המסה של אותה דגימה, הנמדדת בגרמים. המרה זו עומדת בבסיס רוב העבודה הכמותית בכימיה.

במעבדה, היא קובעת כמה חומר מוצק יש לשקול עבור תמיסה בריכוז נתון. כדי להכין 500 mL תמיסת נתרן כלורי בריכוז 0.1 mol/L: 0.1 mol/L × 0.5 L × 58.44 g/mol = 2.922 g של NaCl. בסטויכיומטריה, היא ממירה את הגרמים שנמדדו במאזניים למולים המשמשים במשוואה כימית מאוזנת, המנבאת כמה תוצר תניב תגובה. במעבדות ביולוגיה, היא קובעת כמה גלוקוז או חומר מזין אחר יש להוסיף לנפח קבוע של מצע לתרבית תאים. בייצור תרופות משתמשים בה לחישוב הכמות של תרכובת כגון אספירין (C₉H₈O₄, 180.159 g/mol) הנכללת בכל מנה.

היסטוריה קצרה

בשנת 1803 הציע ג'ון דלטון שהיסודות מורכבים מאטומים ופרסם את הטבלה הראשונה של מסות אטומיות יחסיות. יונס יעקב ברצליוס שיפר מדידות אלה בין 1808 ל־1826. בשנת 1869 סידר דמיטרי מנדלייב את היסודות לפי מסה אטומית בטבלה המחזורית, שחשפה דפוסים בתכונותיהם. גילוי האיזוטופים על ידי פרדריק סודי בשנת 1913 הסביר מדוע מסות אטומיות אינן מספרים שלמים: אטומי יסוד עשויים לשאת מסות מעט שונות בהתאם למספר הנייטרונים שלהם. בשנת 1961 החליף פחמן־12 את המימן כנקודת הייחוס למסות אטומיות. IUPAC עדיין בוחן ומעדכן את ערכי התקן כאשר מתקבלות מדידות חדשות של שכיחות איזוטופים.

שאלות נפוצות

מהי מסה מולקולרית?

מסה מולקולרית היא המסה הכוללת של מול אחד מחומר, המחושבת באמצעות חיבור המסות האטומיות של כל האטומים בנוסחה שלו. היא נמדדת בגרמים למול (g/mol).

מה ההבדל בין משקל מולקולרי לבין מסה מולרית?

שני המונחים מתארים את אותה כמות עבור תרכובת נתונה ומשמשים בדרך כלל כמילים נרדפות בעבודת כימיה. מסה מולרית מתייחסת במפורש למסה של מול אחד (6.022×10²³ מולקולות) של חומר, ב־g/mol.

מדוע למסות אטומיות יש ערכים עשרוניים?

רוב היסודות מצויים בטבע כתערובת של איזוטופים, אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים אך מספרים שונים של נייטרונים. המסה האטומית של יסוד היא המסה הממוצעת של האטומים שלו, כשהיא משוקללת לפי שכיחות כל איזוטופ. ממוצע זה כמעט אף פעם אינו מספר שלם.

האם המחשבון יכול לטפל בנוסחאות עם סוגריים מקוננים?

כן. הוא פותר תחילה את הקבוצה הפנימית ביותר, מכפיל אותה בכל מנוי המופיע אחרי הסוגריים הסוגרים, וחוזר על התהליך עד שכל הנוסחה מצטמצמת לסכום כולל יחיד, כפי שמודגם בדוגמה של Fe(C₂H₃O₂)₃ לעיל.

האם המחשבון יכול לעבד ישירות נוסחאות של הידרטים, כגון CuSO₄·5H₂O?

לא. הנקודה העילית (·) אינה תו מוכר, והזנתה גורמת לשגיאה. חשבו בנפרד את התרכובת האל־מימית ואת המים, ואז חברו את המסה המולקולרית של המים כשהיא מוכפלת במספר המים הקשורים.

מדוע מנוי של 0 נדחה?

מנוי מציין כמה אטומים של יסוד מכילה הנוסחה, לכן הערך הקטן ביותר בעל משמעות הוא 1. התייחסות ל־H0 כנוסחה תקפה תציג מסה מולקולרית של 0 g/mol, שאינה קיימת עבור שום חומר. במקום זאת, המחשבון מציג שגיאה.

עד כמה התוצאות מדויקות?

המחשבון משתמש במסות האטומיות התקניות של IUPAC ומחזיר תוצאות עם עד ארבע ספרות אחרי הנקודה העשרונית, דיוק העולה בהרבה על הנדרש לעבודה בכיתה, לחישובים שגרתיים במעבדה ולבעיות סטויכיומטריה.