水の単一分子のグラム単位の質量を計算する方法を学ぶことは、原子量、分子式、モル、およびアボガドロ数の概念を強化するため、有益な練習になります。ここでは、1 つの分子の質量を求める方法と、この値が単なる推定値である理由について説明します。
<オール>1 分子の質量を計算する方法
まず、1 つの分子の質量を表す主な方法が 2 つあることを理解してください。
ダルトン (Da) または原子質量単位 (amu) で与えられる質量は、原子または化合物のモル質量とほぼ同じです。たとえば、水素のモル質量は 1.008 グラム/モルであるため、単一の水素原子の質量は約 1.008 Da または 1.008 amu です。同様に、単一の二酸化炭素分子の質量は、Da または amu として表されるモル質量です。二酸化炭素については、周期表で炭素 (12.011) と酸素 (15.994) の原子量を調べてください。モル質量 (12.011 + 2×15.994 =44.0) の化合物に含まれる元素の質量を追加します。一酸化炭素の単一分子の質量は 44.0 Da または 44.0 amu です。この値は「分子量」とも呼ばれます。
グラム単位の質量は少し異なります。もう一度、化合物の分子式から始めます。周期表の各元素の原子質量を調べます。各要素の質量を合計します。元素記号の後に添え字がある場合は、原子質量にその数を掛けます。これにより、化合物のモル質量が得られます。これは、1 モルあたりのグラム数です。
しかし、化合物1モルにはアボガドロの分子数があります。言い換えれば、化合物の各モルには6.022×10 分子が含まれています。したがって、モル質量をアボガドロ数で割って、化合物のグラム単位の質量を取得します。二酸化炭素の場合、単一分子のグラム単位の質量は、44.0 g/mol ÷ 6.022×10 分子/mol =7.3 x 10 グラムです。
単一の水分子の質量をグラム単位で求める
典型的な宿題は、水分子 1 個の質量をグラム単位で求めることです。
水の化学式はH2 O. 水素 (H) の記号に続く下付き文字は 2 で、これは各水分子が 2 つの水素原子を含むことを意味します。酸素 (O) の記号の後に下付き文字がないため、各分子には酸素原子が 1 つしか含まれていないことがわかります。
ここで、水 1 モルの質量をグラムで求めます。これは、分子内の原子の質量の合計であり、水素の質量と酸素の質量の合計です。周期表から、各水素原子の質量は 1.008 g/mol で、酸素原子の質量は 15.994 g/mol です。水のモル質量は 2×1.008 + 15.994 =18.01 g/mol です。
水の各モルには、6.022×10 個の水分子が含まれています。したがって、単一の水分子の質量は、モル質量 (18.01 g/mol) をアボガドロ数 (6.022×10 分子/モル) で割ったものです。
個々の水分子の質量 =18.01 g/mol ÷ 6.022×10 分子/mol =2.99 x 10 グラム
分子の質量が単なる推定値である理由
分子の質量が概算である理由は 3 つあります。
- 数値の四捨五入でエラーが発生しました.
- 元素の原子量は、元素の自然存在量に基づく加重平均です。 1 つの分子に同じ同位体比が含まれていない場合があります。
- 各元素の正確な同位体が分かっていても、陽子、中性子、電子の質量を単純に合計することはできません。原子が結合して化合物を形成すると、結合形成によって (非常に) わずかな質量増加 (吸熱反応) または (非常に) わずかな質量減少 (発熱反応) が起こります。化学結合はエネルギーを吸収するか放出しますが、質量とエネルギーの合計は保存されます。
参考文献
- チャン、レイモンド (2005)。 物理 cal Chemistry for the Biosciences。 ISBN 978-1-891389-33-7.
- International Union of Pure and Applied Chemistry (1980)。 「元素の原子量 1979」。 Pure Appl.化学 . 52 (10):2349–84. doi:10.1351/pac198052102349
- J.S. リリー（2006）。 核物理学:原理と応用 .チチェスター:J. ワイリー。 ISBN 0-471-97936-8.
- Neufeld, R.; Stalke、D.（2015）。 「正規化された拡散係数を使用した外部検量線を使用した、DOSY-NMR による小分子の正確な分子量測定」。 Chem.科学 . 6 (6):3354–3364。 doi:10.1039/C5SC00670H
