เครื่องคำนวณน้ำหนักโมเลกุล - คำนวณมวลโมเลกุล

เครื่องคำนวณน้ำหนักโมเลกุลคืออะไร?

เครื่องคำนวณน้ำหนักโมเลกุลหามวลของสารประกอบเคมีหนึ่งโมลจากสูตรเคมี โดยรวมมวลอะตอมของอะตอมทุกอะตอมในโมเลกุล แล้วรายงานผลรวมเป็นกรัมต่อโมล (g/mol) นักเรียน ผู้ปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ และนักเคมีใช้เครื่องมือนี้เพื่อเตรียมสารละลาย ตรวจการบ้าน และวางแผนปฏิกิริยาเคมี

สูตรน้ำหนักโมเลกุล

น้ำหนักโมเลกุล หรือเรียกอีกอย่างว่ามวลโมลาร์ คือผลรวมของมวลอะตอมของอะตอมทุกอะตอมในสูตร โดยนำมวลอะตอมของแต่ละอะตอมคูณด้วยจำนวนครั้งที่อะตอมนั้นปรากฏ:

$MW = \sum_i (\text{มวลอะตอมของธาตุ } i) \times (\text{จำนวนอะตอมของธาตุ } i)$

มวลอะตอมคือมวลเฉลี่ยของอะตอมของธาตุเมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐานคงที่ ในทางปฏิบัติ มวลอะตอมคือจำนวนกรัมในอะตอมเหล่านั้นหนึ่งโมล ค่าเฉลี่ยนี้มาจากสัดส่วนตามธรรมชาติของไอโซโทปของธาตุ ซึ่งเป็นอะตอมของธาตุเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน จึงมีมวลต่างกัน ค่าด้านล่างเป็นไปตามมาตรฐานที่เผยแพร่โดยสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC)

วิธีคำนวณน้ำหนักโมเลกุล: การอ่านสูตรเคมี

สูตรเคมีบรรจุข้อมูลสามชนิดไว้ในชุดตัวอักษรและตัวเลขสั้น ๆ:

1. สัญลักษณ์ธาตุ เช่น H, O หรือ Na แสดงว่ามีอะตอมใดอยู่บ้าง
2. ตัวห้อย ซึ่งเป็นตัวเลขถัดจากสัญลักษณ์โดยตรง แสดงจำนวนอะตอมของธาตุนั้น H₂O มีอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมและอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม
3. วงเล็บ ใช้จัดกลุ่มอะตอมเข้าด้วยกัน ตัวเลขหลังวงเล็บปิดจะคูณอะตอมทุกอะตอมภายในกลุ่ม

ตัวอย่างการคำนวณ: แคลเซียมไฮดรอกไซด์ Ca(OH)₂

แคลเซียมไฮดรอกไซด์มีอะตอมแคลเซียมหนึ่งอะตอมและกลุ่ม (OH) ซึ่งปรากฏซ้ำสองครั้ง

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

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

ตัวอย่างการคำนวณ: วงเล็บซ้อน Fe(C₂H₃O₂)₃

สูตรเคมีบางสูตรมีการซ้อนกลุ่มไว้ภายในสูตรที่ใหญ่กว่า แอซีเตตของเหล็ก(III) เป็นตัวอย่างหนึ่ง

1. คำนวณมวลของกลุ่ม (C₂H₃O₂): 2×12.011 + 3×1.008 + 2×15.999 = 59.044
2. คูณด้วยตัวห้อยนอกวงเล็บ: 3 × 59.044 = 177.132
3. บวกอะตอมเหล็ก: 55.845 + 177.132 = 232.977 ก./mol

วิธีใช้เครื่องคำนวณน้ำหนักโมเลกุล

1. พิมพ์สูตรเคมีลงในช่องป้อนข้อมูล เช่น H2O, NaCl, C6H12O6 หรือ Ca(OH)2
2. เครื่องคำนวณจะแสดงน้ำหนักโมเลกุลเป็น g/mol และแสดงส่วนที่ธาตุแต่ละชนิดมีส่วนร่วม
3. คัดลอกผลลัพธ์ไปใช้ที่อื่น

สูตรเคมีต้องใช้สัญกรณ์มาตรฐาน: สัญลักษณ์ธาตุเริ่มต้นด้วยอักษรตัวพิมพ์ใหญ่ และหากมีอักษรตัวที่สอง อักษรนั้นต้องเป็นตัวพิมพ์เล็ก (Na ไม่ใช่ NA หรือ na) ตัวห้อยต้องอยู่ถัดจากสัญลักษณ์หรือวงเล็บปิดโดยตรง และต้องมีค่าเป็น 1 ขึ้นไป ตัวห้อย 0 เช่นใน H0 หรือ (OH)0 จะถูกปฏิเสธ ไม่ใช่นับว่าไม่มีอะตอม ระบบจะไม่สนใจช่องว่าง ดังนั้น "H2 O" และ "H2O" จึงให้ผลลัพธ์เดียวกัน

เครื่องคำนวณไม่อ่านจุดยกที่ใช้ในสัญกรณ์ไฮเดรต เช่น CuSO₄·5H₂O การป้อนจุดดังกล่าวจะทำให้เกิดข้อผิดพลาด หากต้องการคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของไฮเดรต ให้คำนวณสารประกอบปราศจากน้ำและน้ำแยกกัน แล้วบวกเข้าด้วยกัน: น้ำหนักโมเลกุลของ CuSO₄ บวก 5 เท่าของน้ำหนักโมเลกุลของ H₂O

ตัวอย่างน้ำหนักโมเลกุล

สารประกอบอย่างง่าย

สารประกอบเชิงซ้อน

เหตุใดน้ำหนักโมเลกุลจึงสำคัญ

น้ำหนักโมเลกุลใช้แปลงระหว่างจำนวนโมเลกุลในตัวอย่าง ซึ่งวัดเป็นโมล กับมวลของตัวอย่างนั้น ซึ่งวัดเป็นกรัม การแปลงนี้เป็นพื้นฐานของงานเคมีเชิงปริมาณส่วนใหญ่

ในห้องปฏิบัติการ น้ำหนักโมเลกุลกำหนดปริมาณของแข็งที่ต้องชั่งเพื่อเตรียมสารละลายที่มีความเข้มข้นกำหนด หากต้องการเตรียมสารละลายโซเดียมคลอไรด์ความเข้มข้น 0.1 mol/L ปริมาตร 500 มล.: 0.1 mol/L × 0.5 ล. × 58.44 ก./mol = 2.922 ก. ของ NaCl ในสโตอิชิโอเมทรี น้ำหนักโมเลกุลใช้แปลงกรัมที่ชั่งได้เป็นโมลที่ใช้ในสมการเคมีดุล ซึ่งทำนายปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ปฏิกิริยาจะให้ได้ ในห้องปฏิบัติการชีววิทยา น้ำหนักโมเลกุลกำหนดปริมาณกลูโคสหรือสารอาหารอื่นที่ต้องเติมลงในอาหารเลี้ยงเซลล์ปริมาตรคงที่ และในการผลิตยา ใช้คำนวณปริมาณสารประกอบอย่างแอสไพริน (C₉H₈O₄, 180.159 ก./mol) ที่อยู่ในยาแต่ละขนาด

ประวัติโดยย่อ

ใน 1803 John Dalton เสนอว่าธาตุต่าง ๆ ประกอบด้วยอะตอม และเผยแพร่ตารางมวลอะตอมสัมพัทธ์ฉบับแรก Jöns Jacob Berzelius ปรับปรุงการวัดเหล่านี้ระหว่าง 1808 ถึง 1826 ใน 1869 Dmitri Mendeleev เรียงธาตุตามมวลอะตอมลงในตารางธาตุ ซึ่งเผยให้เห็นรูปแบบของสมบัติธาตุ การค้นพบไอโซโทปของ Frederick Soddy ใน 1913 อธิบายว่าเหตุใดมวลอะตอมจึงไม่เป็นจำนวนเต็ม: อะตอมของธาตุหนึ่งอาจมีมวลแตกต่างกันเล็กน้อยตามจำนวนนิวตรอน ใน 1961 คาร์บอน-12 เข้ามาแทนที่ไฮโดรเจนในฐานะจุดอ้างอิงสำหรับมวลอะตอม IUPAC ยังคงทบทวนและปรับปรุงค่ามาตรฐานเมื่อมีผลการวัดสัดส่วนไอโซโทปใหม่

คำถามที่พบบ่อย

น้ำหนักโมเลกุลคืออะไร?

น้ำหนักโมเลกุลคือมวลรวมของสารหนึ่งโมล ซึ่งหาได้จากการบวกมวลอะตอมของอะตอมทั้งหมดในสูตร วัดเป็นกรัมต่อโมล (g/mol)

น้ำหนักโมเลกุลกับมวลโมลาร์แตกต่างกันอย่างไร?

คำสองคำนี้อธิบายปริมาณเดียวกันสำหรับสารประกอบหนึ่ง ๆ และใช้แทนกันได้ในงานเคมีส่วนใหญ่ มวลโมลาร์หมายถึงมวลของสารหนึ่งโมลโดยเฉพาะ (6.022×10²³ โมเลกุล) มีหน่วยเป็น g/mol

เหตุใดมวลอะตอมจึงมีค่าเป็นทศนิยม?

ธาตุส่วนใหญ่ในธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทป ซึ่งเป็นอะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน มวลอะตอมของธาตุคือมวลเฉลี่ยของอะตอม โดยถ่วงน้ำหนักตามความแพร่หลายของไอโซโทปแต่ละชนิด ค่าเฉลี่ยนี้แทบไม่เป็นจำนวนเต็ม

เครื่องคำนวณรองรับสูตรที่มีวงเล็บซ้อนหรือไม่?

รองรับ โดยจะคำนวณกลุ่มชั้นในสุดก่อน คูณด้วยตัวห้อยที่ตามหลังวงเล็บปิด แล้วทำซ้ำจนสูตรทั้งหมดลดรูปเป็นผลรวมเดียว ดังที่แสดงในตัวอย่าง Fe(C₂H₃O₂)₃ ข้างต้น

เครื่องคำนวณประมวลผลสูตรไฮเดรต เช่น CuSO₄·5H₂O โดยตรงได้หรือไม่?

ไม่ได้ จุดยก (·) ไม่ใช่อักขระที่ระบบรู้จัก และการป้อนจุดนี้จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด ให้คำนวณสารประกอบปราศจากน้ำและน้ำแยกกัน แล้วบวกน้ำหนักโมเลกุลของน้ำคูณด้วยจำนวนโมเลกุลน้ำในไฮเดรต

เหตุใดตัวห้อย 0 จึงถูกปฏิเสธ?

ตัวห้อยระบุจำนวนอะตอมของธาตุที่มีอยู่ในสูตร ดังนั้นค่าต่ำสุดที่มีความหมายคือ 1 หากถือว่า H0 เป็นสูตรที่ถูกต้อง ระบบจะรายงานน้ำหนักโมเลกุล 0 ก./mol ซึ่งไม่มีสารใดมีค่านี้ เครื่องคำนวณจึงแสดงข้อผิดพลาดแทน

ผลลัพธ์มีความแม่นยำเพียงใด?

เครื่องคำนวณใช้มวลอะตอมมาตรฐานของ IUPAC และให้ผลลัพธ์ได้ละเอียดถึงทศนิยมสี่ตำแหน่ง ซึ่งมีความแม่นยำมากเกินพอสำหรับการเรียนในชั้นเรียน การคำนวณในห้องปฏิบัติการทั่วไป และโจทย์สโตอิชิโอเมทรี