Молекулярная масса азота как найти
Молярная масса азота
Молярная масса азота
Молярную массу обычно выражают в г/моль, реже в кг/кмоль. Поскольку в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц, то молярная масса вещества пропорциональная массе соответствующей структурной единицы, т.е. относительной атомной массе данного вещества (Mr):
где κ – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех веществ. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная. Её вычисляют, используя относительные атомные массы химических элементов, указанных в Периодической системе Д.И. Менделеева.
Относительная атомная масса атомарного азота равна 14,0067 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 14,0064, а молярная масса:
M(N) = Mr (N) × 1 моль = 14,0067 г/моль.
Известно, что молекула азота двухатомна – N2, тогда, относительная атомная масса молекулы азота будет равна:
Относительная молекулярная масса молекулы азота будет равна 28,0134, а молярная масса:
M(N2) = Mr (N2) × 1 моль = 28,0134 г/моль или просто 28 г/моль.
Азот представляет собой бесцветный газ, не обладающий ни запахом, ни вкусом (схема строения атома представлена на рис. 1), плохо растворимый в воде и других растворителях с очень низкими значениями температур плавления (-210 o C) и кипения (-195,8 o C).
Рис. 1. Строение атома азота.
Известно, что в природе азот может находиться в виде двух изотопов 14 N (99,635%) и 15 N (0,365%). Эти изотопы характеризуются различным содержанием нейтронов в ядре атома, а значит и молярной массой. В первом случае она будет равна 14 г/моль, а во втором – 15 г/моль.
Молекулярную массу вещества в газообразном состоянии можно определить, используя понятие о его молярном объеме. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой данного вещества, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества при тех же условиях.
Для достижения данной цели (вычисление молярной массы) возможно использование уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):
где p – давление газа (Па), V – объем газа (м 3 ), m – масса вещества (г), M – молярная масса вещества (г/моль), Т – абсолютная температура (К), R – универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж/(моль×К).
Примеры решения задач
Определите, какой объем газа, приведенный к нормальным условиям, образуется при разложении нитрита аммония массой 16 г.
Рассчитаем количество вещества нитрита аммония (молярная масса равна – 64,06 г/моль):
Согласно уравнению реакции n(NH4NO2) :n(N2) = 1:1, т.е. n(NH4NO2) = n(N2) = 0,25 моль. Рассчитаем объем выделившегося азота:
| Задание | Вычислите объем азота (нормальные условия), который может прореагировать с магнием массой 36 г. |
| Решение | Запишем уравнение реакции химического взаимодействия магния с азотом: |
Найдем количество вещества магния, вступившего в реакцию (молярная масса равна 24 г/моль):
Молярная масса азота
Молярная масса азота.
Молярная масса азота:
Молярная масса – это характеристика вещества, отношение массы вещества к его количеству.
В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения молярной массы является килограмм на моль (русское обозначение: кг/моль; международное: kg/mol). Исторически сложилось, что молярную массу, как правило, выражают в г/моль.
Молярная масса численно равна массе одного моля вещества, то есть массе вещества, содержащего число частиц, равное числу Авогадро (NA = 6,022 140 76⋅10 23 моль −1 ).
Молярная масса, выраженная в г/моль, численно совпадает с молекулярной массой (абсолютной молекулярной массой), выраженной в а. е. м., и относительной молекулярной массой.
В свою очередь, молекулярная масса – масса молекулы. Различают абсолютную молекулярную массу (обычно выражается в атомных единицах массы, а. е. м.) и относительную молекулярную массу – безразмерную величину, равную отношению массы молекулы к 1/12 массы атома углерода 12 C.
Молярную массу обозначают M.
Молекула азота двухатомна – N2.
Молярная масса азота (M (N)) составляет 14,00643-14,00728 г/моль.
Молярная масса молекулы азота (M (N2)) составляет 28,01286-28,01456 г/моль.
Необходимо иметь в виду, что молярные массы химических элементов и простых веществ, которые они образуют – не одно и то же. Например, молярная масса кислорода как химического элемента (атома) ≈ 16 г/моль, а вещества (O2) ≈ 32 г/моль.
Какая молярная масса у азота?
Азот представляет собой газообразное химическое вещество, имеющее 2 стабильных изотопа, не обладающих цветом либо запахом. Этот газ в большом количестве содержится в атмосфере; кроме того, он нередко применяется людьми в различных областях промышленности.
Общая характеристика азота
В периодической таблице азот располагается под 7 номером. Обозначают его латинской буквой N от слова nitrogenium. Располагается во втором периоде, в группе V(A). Заряд равняется 7. Данный неметалл чаще всего встречается в свободном состоянии. Он на 78,2% составляет атмосферу Земли. Высоко его содержание также в атмосферах Плутона, Титана, Тритона. Добывают чаще всего из воздуха.
В виде простого вещества имеет такие характерные свойства, как газообразное состояние, отсутствие запаха, вкуса или цвета. Этот газ имеет меньшую массу, чем воздух: 1 л весит всего 1,25 г.
Азот редко оказывает негативное воздействие на состояние человека либо животных из-за своей инертности. В слишком большой концентрации он, однако, может навредить: стать причиной появления удушья, опьянения, в тяжелых случаях — кессонной болезни. Соединения этого вещества могут быть токсичны для живых организмов.
Свойства
Диссоциация в нормальных условиях почти отсутствует. Даже при сильном нагревании она остается низкой: при 3000 градусах по Цельсию составляет лишь 1%.
Молярная масса и удельная теплоемкость
Молярная масса азота составляет 14 г/моль. Существует также стабильный изотоп, для которого значение показателя равняется 15. Имеются и искусственно созданные изотопы, для которых молярная масса может составлять от 13 до 25, но они нестабильны; самый длительный период полураспада для этих веществ составляет 10 минут. Молекулярная масса составляет примерно 28 г/моль; близкими показателями обладают метиловый спирт и сероводород.
Удельная теплоемкость газа составляет 1,042 кДж/(кг*К) при температуре 27 градусов Цельсия. В различных температурных условиях значения данного показателя могут различаться.
Область применения при сварке
Применение азота при сварке распространено не слишком широко: его характеристика хуже, чем у ряда других газообразных веществ. Используют его чаще из-за преимуществ в цене: добыть данный газ нетрудно, благодаря чему удается приобрести его по более низкой стоимости, чем многие другие. Азот, однако, активно вступает в реакции с большим количеством металлов, из-за чего швы могут получаться менее надежными и крепкими. Чтобы снизить негативное воздействие на шов, предотвратить его старение, нужно дополнительно использовать кислород, бор.
Чаще всего применяют азот при необходимости произвести сварку медных изделий. С этим металлом газ не образует никаких соединений, не вступает во взаимодействие. Хотя расход вещества будет больше примерно на 1/3 в сравнении с аргонодуговой сваркой, стоимость окажется ниже, поскольку цены на азот не такие высокие, как на аргон. Другие металлы профессионалы сваривают чаще с использованием инертных газов.
Азот востребован не только в сварке: применяют его и в ряде других сфер. В автомобильной промышленности газом нередко наполняют шины, чтобы продлить срок их эксплуатации. Поскольку азот вытесняет кислород, его применяют для продува трубопроводов. Возможно с его помощью тушить пожары (особенно часто так делают в шахтах и на крайнем Севере, где использование других средств затруднено). Кроме того, он применяется для производства ряда продуктов питания (например, консервации), медикаментов. В сельском хозяйстве содержащие азот вещества используют как удобрение.
Преимущества
Жидкий азот безопаснее, чем фреон. Последний, являющийся смесью метана и этана с замещенными атомами водорода атомами хлора и фтора, выделяет ядовитые вещества при сильном повышении температуры, из-за чего может становиться токсичным для работающих с ним людей. Плюсами являются также взрывная и пожарная безопасность.
Газ распространен в природе, что делает простой его добычу. Не приходится прилагать большое количество усилий, использовать слишком дорогую технику. По этой причине стоимость азота не слишком велика. Дешевле обойдутся и работы с его применением.
Хранить данный газ, транспортировать его нетрудно. При перевозке либо переноске требуется лишь избегать падения баллонов, исключать удары содержащих азот емкостей друг о друга и не допускать резких колебаний температурного режима (это может привести к изменению давления в баллоне).
В промышленности можно использовать не только газообразный, но и жидкий вариант. Транспортируют его в черных баллонах, выдерживающих не менее 150 атмосфер: под таким давлением вещество хранится. Его чаще всего используют как хладагент; возможно применять в криотерапии, в пищевой промышленности для создания добавки Е941, в производстве кокса.
Понятие о молярной и молекулярной массе. Молярная масса азота, водорода и воздуха
Предложенная еще древнегреческим философом Демокритом гипотеза о существовании неделимых элементарных частиц, из которых образована вся материя, была признана учеными через полторы тысячи лет. Понятие молярной массы химического вещества окончательно оформилось лишь в начале XX века. В данной статье рассмотрим это понятие, акцентируя внимание на молярной массе азота и водорода.
Амедео Авогадро и его закон
В начале XIX века наукой уже было установлено, что все вещества состоят из крохотных частиц. Эти частицы называли атомами или молекулами. При этом оба термина использовались в качестве синонимов.
В это время известный итальянский адвокат, физик и математик Амедео Авогадро проводил ряд опытов с различными газами, включая воздух. Ученый пришел к удивительному выводу, который в настоящее время носит название закона Авогадро для газов. Сформулировать его можно так: при одинаковых условиях равные объемы газов содержат равное количество образующих их частиц. Под равными условиями понимают температуру и давление.
Заметим, что сам Авогадро не смог оценить количество указанных им частиц в газе для реальных объемов. Однако ценность этого закона огромна, поскольку он говорит о том, что независимо от химической природы атомов или молекул, газы ведут себя одинаковым образом.
Работы Авогадро не были восприняты всерьез известными в то время учеными Европы. Понадобилось несколько десятков лет, чтобы о них вспомнили снова.
Опыты Иоганна Лошмидта и Жана Перрена
В 1865 году австриец Иоганн Лошмидт провел ряд экспериментов, в результате которых получил средний диаметр молекул воздуха. Зная эту величину, он смог определить число молекул в единице объема. Опыты Лошмидта считаются первыми в истории по измерению количества молекул в газовых смесях.
В 1909 году француз Жан Перрен провел эксперименты, в результате которых определил количество молекул в разных газах для разных объемов. В 1926 году за эти эксперименты ему была присуждена Нобелевская премия по физике.
Постоянная Авогадро и единица количества вещества
Понятие о молярной массе
Приведем пример. Выше было сказано, что в 2 граммах газа H2 содержится NA молекул. Тогда получаем:
Понятие о молекулярной массе
Используя пример выше с молекулярным водородом, можно легко рассчитать массу молекулы H2. Поскольку масса NA молекул равна 2 грамма, тогда для одной молекулы получаем:
Для атомарного водорода, который имеет в два раза меньшую массу, найденная величина будет также в два раза меньше, то есть:
Как видно, типичные массы атомов и молекул очень малы. С ними так же неудобно проводить вычисления, как и с большими числами. Поэтому была введена новая единица измерения, которая называется атомной единицей массы, или сокращенно а. е. м. Одна а. е. м. соответствует массе протона, то есть MH.
Отметим, что эти величины для каждого химического элемента измерены и приведены в таблице Менделеева.
Изотопы и их влияние на молярную и молекулярную массы
Атомная масса, приведенная в периодической таблице под каждым элементом, это некоторая средняя величина M¯ по всем изотопам, встречающимся в природе. Ее можно рассчитать по формуле:
Молярная и молекулярная масса азота
Для определения рассмотренных масс азота сначала следует вспомнить его химическую формулу. Символ азота в таблице Менделеева соответствует латинской букве N (номер 7). Под ним можно видеть, что атомная масса азота равна 14,0067 а.е.м.
Молекула азота состоит из двух атомов и является достаточно устойчивой (вступает в химическую реакцию при экстремальных условиях, например, при разряде молнии в атмосфере). Тогда получаем, что молярная масса азота равна:
Для химических расчетов часто используют значение 28 г/моль.
Что касается молекулярной массы азота, то определить ее можно, если вспомнить, что в 1 моле любой субстанции содержится NA частиц. Так как 1 моль N2 имеет массу 28,0134 грамма, тогда масса одной его молекулы равна:
Молярная масса воздушной смеси
Покажем, как можно определять молярные массы совершенно любых газовых смесей. Для этого необходимо знать следующие данные:
Средний состав воздуха на нашей планете следующий (в атомных процентах):
Сначала вычислим молярную массу каждого соединения, пользуясь таблицей Менделеева. Молярную массу азота мы уже знаем, она равна 28,0134 г/моль. Для остальных компонентов имеем:
Пользуясь формулой для средней массы по всем изотопам, которая также применима в этом случае, получаем:
Часто полученное значение округляют до 29 г/моль.
Таким образом, воздух в среднем легче, чем все его составляющие компоненты, кроме азота. Близость полученной молекулярной массы к таковой для N2 связана с тем, что почти на 80% воздух состоит из этого газа.