5 дәріс Молекулалық физика және термодинамика Атом мен молекула массалары

Молекулалық физикада атомдар мен молекулаларды сипаттайтын физикалық шаманың бірі – олардың массалары. Атомның және молекулалардың массаларын абсолюттік масса мәнімен емес (килограммен емес) өлшемділіксіз шамамен өлшеу келісілген, аты «салыстырмалы атомдық масса» (А ) және «салыстырмалы молекулалық масса» (М_r) деп аталады.

Атомдық массаның өлшем бірлігі ретінде көміртегі изотопының (¹²С) массасының 1/12 бөлігі алынған, яғни m_C алынған. m_C=көміртегі изотопының массасы ¹²С / 12 = 1.66∙10^-27 кг.

Салыстырмалы молекулалық масса немесе молекуланың салыстырмалы массасы (М_r) мына өрнекпен анықталады:

M_r= (молекула массасы / көміртегі изотопының массасы) [өлшем бірлігі жоқ]

Мұндағы m_мол – молекуланың массасының абсолют мәні кг алынған.

Атомның массалары жуық шамамен (абсолют мәні) 10^-25-10^-27 кг-дай болады. Молекуланың массалары жуық шамамен бір өлшемнен жүздеген мың өлшем бірліктер арасында өзгеретін болады.
Зат мөлшері

Зат мөлшері сол заттың структуралық элементтерінің санымен сипатталады. Ол «моль» деген физикалық түсінікпен түсіндіріледі. Берілген элементтің грамм-атомы деп сол элементтің граммен алынған массасы, сан жағынан оның атомдық массасына тең мөлшерін айтамыз. Кез келген элементтің грамм-атомдағы атомдардың (структуралық элементтерінің саны) саны бірдей болады. Бұл сан «Авогадро саны» деп аталады.

Берілген элементтің грамм-молекуласы деп сол элементтің граммен алынған массасы сан жағынан оның молекулалық массасына тең болатын мөлшерін айтады.

Кез келген заттың грамм-молекуласындағы молекулалар саны бірдей болады және ол Авогадро санына тең болады.

Грамм-молекуланы көбінесе «моль» деп атайды. Моль-берілген заттардың әрбірі үшін (әрқайсысы үшін) айрықша мәні бар масса бірлігі. Мысалы, сутегі молекуласы үшін (Н₂): 1 моль сутегі 2-ге тең, себебі оның молекуласының массасы 2 атомдық өлшем бірлікке тең, яғни m_H =2∙( ) тең. Сутегі молекуласының 2 грамм массасында, көміртегі молекуласының 12 грамм массасында, судың (H₂O) молекуласының 18 грамм массасында, күкірт қышқылының (H₂SO₄) 96 грамм массасында молекулалардың массасының саны бірдей болады, ол Авогадро санына тең болады. N_A=Авогадро саны=6.023∙10²³

Авогадро санын білу, бізге микроәлемнің, яғни атом және молекула әлемінің масштабы жөнінде әлдеқайда түсінікті ұғым береді. Мысалы, молекула санын біле отырып, біз молекулалардың өлшемділігін, олардың массаларының абсолют (граммен алынған массасын) және берілген массадағы молекулалар санын анықтай алатын боламыз. Айталық, 1 см³ су алайық, оның массасы 1 грамм болады, олай болса, ол су мөлшерінің 1 молін 1/18 бөлігіне тең болады екен. Массасы 1 грамм суда қанша молекула болады десек, ол былай анықталады:

N_A= молекула бар екен.

Есептің берілген шарттарынан білеміз, судың 1 см³ көлемдегі молекула санын есептеп 1 молекула көлемін анықтаймыз, жуық шамамен

V₀= см³

болады. Молекулалардың формасы (пішіні) шар тәрізді деп қарастырсақ, оның радиусы

r_{H O} см

Бір молекуланың массасын (m₀) мына қатынастан анықтауға болады:

m₀= немесе m₀=

мұндағы μ – зат мөлшері (моль массасы); m – кез келген зат массасы; N – молекула саны.

Мысалы, 1см³ көлемдегі газ молекулаларының жалпы саны ~n 2.7 ¹⁹ молекула болады.