Определение молекулярной массы углекислого газа

Относительной молекулярной массой (далее «молекулярная масса») М_r называется отношение массы молекулы к 1/12 часть массы атома самого легкого природного изотопа углерода ¹²С. Таким образом, относительная молекулярная масса — величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы изотопа ¹²С, т.е., величина безразмерная. Численно молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов, образующих данное вещество.

В химических расчетах в качестве основной единицы количества вещества используется моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (атомов, молекул, ионов, радикалов, электронов т т.д.), сколько содержится атомов в 0, 012 кг изотопа ¹²С. Число структурных элементов, содержащихся в 1 моль любого вещества, называется числом Авогадро (N_A). Его приближенное значение составляет 6,02 * 10²³ моль^-1. Количество вещества n (моль) можно найти по формуле: n = m/M, (1)

где m – масса вещества, г;

М – молярная масса вещества, г/моль.

Молярная масса вещества – это масса одного моля вещества, выражается в г/моль или кг/моль. Численно молрная масса вещества равна его относительной молекулярной массе.

Молекулярные массы газообразных веществ, а также легколетучих жидкостей можно определять, пользуясь законом Авогадро. Согласно последнему, в равных объемах всех газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул. Возьмем равные объемы (например, 1 л) двух различных газов; тогда

m₁ = N₁ · M_r1 и m₂ = N₂ · M_r2,

где m_i – масса взятого объема газа;

N_i – число молекул, содержащееся во взятом объеме;

М_ri – молекулярная масса газа.

Индексы 1 и 2 относятся к первому и второму газам.

По закону Авогадро N₁ = N_2,

Следовательно, (2)

Отношение массы одного газа к массе такого же объема другого газа (при одинаковых р и t) называется относительной плотностью первого газа по второму, т. е.

(3)

Принимая во внимание (2) и (3), полуаем:

M_r1 = M_r2 · D (4)

Аналогично M₁ = M₂ · D (5)

Молекулярную массу какого-либо газа можно рассчитать и в том случае, если известна его относительная плотность по воздуху: М = 29 · D_возд, где 29 — средняя молекулярная масса воздуха.

Таким образом, экспериментальное определение молекулярной массы этим способом сводится к определению относительной плотности данного вещества по водороду, воздуху или другому стандартному газу. Например, масса 1 л азота при н.у. равна 1,25 г, а масса 1 л водорода – 0,09 г. Следовательно относительная плотность азота по водороду:

D_н2 = 1,25/0,09 = 14, откуда M_{r N2} = 2 _* 14 = 28.

Определить молярную массу, а, следовательно, и относительную молекулярную массу газа можно, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV = mRT/M, (6)

где V – объем газа при данных условиях, л; р – атмосферное давление, кПа; Т – абсолютная температура, К; R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль*К).