Masa moleculară

Figura 3.1 Apa dintr-o piscină este un amestec complex de substanțe ale căror cantități relative trebuie întreținute cu grijă pentru a asigura sănătatea și confortul persoanelor care folosesc piscina.

Piscinele au fost mult timp un mijloc popular de recreere, exerciții fizice și terapie fizică. Deoarece nu este practic să umpleți frecvent piscinele mari cu apă proaspătă, apa din piscină este tratată în mod regulat cu substanțe chimice pentru a preveni creșterea bacteriilor și algelor dăunătoare. Întreținerea adecvată a piscinei necesită adăugări regulate de diferiți compuși chimici în cantități măsurate cu atenție. De exemplu, cantitatea relativă de ion de calciu, Ca²⁺, din apă trebuie menținută în anumite limite pentru a preveni iritarea ochilor și pentru a evita deteriorarea patului piscinei și a instalațiilor sanitare. Pentru a menține nivelurile adecvate de calciu, cationii de calciu sunt adăugați în apă sub formă de compus ionic care conține și anioni; astfel, este necesar să se cunoască atât cantitatea relativă de Ca²⁺ din compus, cât și volumul de apă din piscină pentru a atinge nivelul adecvat de calciu. Aspectele cantitative ale compoziției substanțelor (cum ar fi compusul care conține calciu) și a amestecurilor (cum ar fi apa din piscină) fac obiectul acestui capitol.

Mulți susțin că știința chimică modernă a început atunci când oamenii de știință au început să exploreze aspectele cantitative și calitative ale chimiei. De exemplu, teoria atomică a lui Dalton a fost o încercare de a explica rezultatele măsurătorilor care i-au permis să calculeze masele relative ale elementelor combinate în diferiți compuși. Înțelegerea relației dintre masele atomilor și formulele chimice ale compușilor ne permite să descriem cantitativ compoziția substanțelor.

Masa formulei

Un capitol anterior al acestui text a descris dezvoltarea unității de masă atomică, conceptul de mase atomice medii și utilizarea formulelor chimice pentru a reprezenta componența elementară a substanțelor. Aceste idei pot fi extinse pentru a calcula masa formulei a unei substanțe prin însumarea maselor atomice medii ale tuturor atomilor reprezentați în formula substanței.

Masa moleculară pentru substanțe covalente

Pentru substanțele covalente, formula reprezintă numerele și tipurile de atomi care compun o singură moleculă a substanței; prin urmare, masa formulei poate fi denumită în mod corect masă moleculară. Luați în considerare cloroformul (CHCl₃), un compus covalent folosit cândva ca anestezic chirurgical și utilizat în prezent în principal în producția de tetrafluoretilenă, blocul de bază pentru polimerul „anti-lipire”, teflon. Formula moleculară a cloroformului indică faptul că o singură moleculă conține un atom de carbon, un atom de hidrogen și trei atomi de clor. Masa moleculară medie a unei molecule de cloroform este deci egală cu suma maselor atomice medii ale acestor atomi. Figura 3.2 prezintă calculele utilizate pentru a obține masa moleculară a cloroformului, care este de 119,37 uam (unități atomice de masă).

Figura 3.2 Masa medie a unei molecule de cloroform, CHCl₃, este de 119,37 uam, care este suma maselor atomice medii ale fiecăruia dintre atomii săi constitutivi. Modelul arată structura moleculară a cloroformului.

De asemenea, masa moleculară a unei molecule de aspirină, C₉H₈O₄, este suma maselor atomice a nouă atomi de carbon, opt atomi de hidrogen și patru atomi de oxigen, ceea ce se ridică la 180,15 uam (Figura 3.3).

Figura 3.3 Masa medie a unei molecule de aspirină este de 180,15 uam. Modelul arată structura moleculară a aspirinei, C₉H₈O₄.

Exemplul 3.1Calcularea masei moleculare pentru un compus covalent Ibuprofenul, C13H18O2, este un compus covalent și ingredientul activ în mai multe medicamente populare pentru durere fără prescripție medicală, cum ar fi Advil și Motrin. Care este masa moleculară (uam) pentru acest compus? Soluţie Moleculele acestui compus sunt compuse din 13 atomi de carbon, 18 atomi de hidrogen și 2 atomi de oxigen. Urmând abordarea descrisă mai sus, masa moleculară medie pentru acest compus este prin urmare: Exercițiu Acetaminofenul, C8H9NO2, este un compus covalent și ingredientul activ în mai multe medicamente populare fără prescripție medicală pentru durere, cum ar fi Tylenol. Care este masa moleculară (uam) pentru acest compus? Răspuns: 151,16 uam

Masa formulei pentru compuși ionici

Compușii ionici sunt alcătuiți din cationi și anioni discreți combinați în raporturi pentru a produce substanță în vrac neutră din punct de vedere electric. Masa formulei pentru un compus ionic este calculată în același mod ca masa formulei pentru compușii covalenti: prin însumarea maselor atomice medii ale tuturor atomilor din formula compusului. Rețineți, totuși, că formula unui compus ionic nu reprezintă compoziția unei molecule discrete, așa că este posibil să nu fie denumită în mod corect „masă moleculară”.

Ca exemplu, luați în considerare clorura de sodiu, NaCl, denumirea chimică pentru sare de masă comună. Clorura de sodiu este un compus ionic compus din cationi de sodiu, Na+, și anioni de clorură, Cl−, combinați într-un raport de 1:1. Masa formulei pentru acest compus este calculată ca 58,44 uam (vezi Figura 3.4).

Figura 3.4 Sarea de masă, NaCl, conține o serie de ioni de sodiu și clorură combinați într-un raport de 1:1. Masa formulei este de 58,44 uam.

Rețineți că masele medii ale atomilor neutri de sodiu și clor au fost utilizate în acest calcul, mai degrabă decât masele pentru cationii de sodiu și anionii de clor. Această abordare este perfect acceptabilă atunci când se calculează masa formulei unui compus ionic. Chiar dacă un cation de sodiu are o masă puțin mai mică decât un atom de sodiu (deoarece îi lipsește un electron), această diferență va fi compensată de faptul că un anion de clor este puțin mai masiv decât un atom de clor (datorită electronului suplimentar). În plus, masa unui electron este neglijabil de mică în raport cu masa unui atom tipic. Chiar și atunci când se calculează masa unui ion izolat, electronii lipsă sau suplimentari pot fi în general ignorați, deoarece contribuția lor la masa totală este neglijabilă, reflectată doar în cifrele nesemnificative care se vor pierde atunci când masa calculată este rotunjită corespunzător. Puținele excepții de la acest ghid sunt ionii foarte ușori derivați din elemente cu mase atomice cunoscute cu precizie.

Exemplul 3.2Calcularea masei formulei pentru un compus ionic Sulfatul de aluminiu, Al2(SO4)3, este un compus ionic care este utilizat la fabricarea hârtiei și în diferite procese de purificare a apei. Care este masa formulei (uam) a acestui compus? Soluţie Formula pentru acest compus indică faptul că are ioni Al3+ și SO42− combinați într-un raport de 2:3. Pentru a calcula o masă a formulei, este util să rescrieți formula într-un format mai simplu, Al2S3O12. Urmând abordarea prezentată mai sus, masa formulei pentru acest compus este calculată după cum urmează: Exercițiu Fosfatul de calciu, Ca3(PO4)2, este un compus ionic și un agent antiaglomerant comun adăugat la produsele alimentare. Care este formula de masă (uam) a fosfatului de calciu? Răspuns: 310,18 uam

Sursa: Chemistry 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2022 MultiMedia Publishing