Molar massa

Ej att förväxla med molekylmassa eller massnummer .

Molar massa
Vanliga symboler	M
SI-enhet	kg/mol
Andra enheter	g/mol

Inom kemi definieras molmassan (M) av en kemisk förening som förhållandet mellan massan och mängden ämne ( mätt i mol ) av något prov av nämnda förening. Den molära massan är en bulk, inte molekylär, egenskap hos ett ämne. Molmassan är ett genomsnitt av många förekomster av föreningen, som ofta varierar i massa på grund av närvaron av isotoper . Vanligast är att molmassan beräknas från standardatomvikterna och är således ett jordiskt medelvärde och en funktion av den relativa förekomsten av isotoper av de ingående atomerna på jorden. Molmassan är lämplig för omvandling mellan massan av ett ämne och mängden av ett ämne för bulkmängder.

Molekylmassan och formelmassan används vanligtvis som synonymer till molmassa, särskilt för molekylära föreningar ; men de mest auktoritativa källorna definierar det annorlunda. Skillnaden är att molekylmassan är massan av en specifik partikel eller molekyl, medan molmassan är ett genomsnitt över många partiklar eller molekyler.

Formelvikten är en synonym till molmassa som ofta används för icke-molekylära föreningar, såsom joniska salter .

Molmassan är en intensiv egenskap hos ämnet, som inte beror på provets storlek. I International System of Units (SI) är den koherenta enheten för molmassa kg / mol . Men av historiska skäl uttrycks molära massor nästan alltid i g /mol.

Molen definierades på ett sådant sätt att molmassan av en förening, i g/mol, är numeriskt lika med medelmassan av en molekyl, i dalton . Den var exakt lika före omdefinieringen av mullvaden 2019 och är nu bara ungefär lika stor, men skillnaden är försumbar för alla praktiska ändamål. Således är till exempel medelmassan för en vattenmolekyl cirka 18,0153 dalton, och den molära massan av vatten är cirka 18,0153 g/mol.

För kemiska grundämnen utan isolerade molekyler, såsom kol och metaller, beräknas molmassan dividerat med antalet mol atomer istället. Således är till exempel järnets molära massa cirka 55,845 g/mol.

Sedan 1971 definierade SI "substansmängden" som en separat dimension av mätning . Fram till 2019 definierades mullvad som mängden ämne som har lika många ingående partiklar som det finns atomer i 12 gram kol-12 . Under den perioden var molmassan av kol-12 alltså exakt 12 g/mol, per definition. Sedan 2019 har en mol av vilket ämne som helst omdefinierats i SI som mängden av det ämnet som innehåller ett exakt definierat antal partiklar, 6.022 140 76 × 10 ²³ . Den molära massan av en förening i g/mol är således lika med massan av detta antal molekyler av föreningen i gram.

Molära massor av element

Huvudartiklar: Relativ atommassa och standard atomvikt

Molmassan av atomer hos ett grundämne ges av grundämnets relativa atommassa multiplicerat med molarmasskonstanten , M u = _0,999 999 999 65 ( 30 ) × 10 ⁻³ kg⋅mol ⁻¹ . För normala prover från jord med typisk isotopsammansättning kan atomvikten approximeras av standardatomvikten eller den konventionella atomvikten.

${\begin{array}{lll}M({\ce {H} })&=1.00797(7)\ gånger M_{\mathrm {u} }&=1.00797(7){\text{ g/mol}}\\M({\ce {S}})&=32.065(5) )\ gånger M_{\mathrm {u} }&=32.065(5){\text{ g/mol}}\\M({\ce {Cl}})&=35.453(2)\ gånger M_{\mathrm {u} }&=35.453(2){\text{ g/mol}}\\M({\ce {Fe}})&=55.845(2)\ gånger M_{\mathrm {u} }&=55.845 (2){\text{ g/mol}}\end{array}}}$

Multiplicering med molmasskonstanten säkerställer att beräkningen är dimensionellt korrekt: normala relativa atommassor är dimensionslösa storheter (dvs. rena tal) medan molära massor har enheter (i detta fall gram per mol).

Vissa grundämnen påträffas vanligtvis som molekyler , t.ex. väte ( H ₂ ), svavel ( S ₈ ), klor ( Cl ₂ ). Molekylmassan för dessa element är atomernas molmassa multiplicerad med antalet atomer i varje molekyl:

${\displaystyle {\begin{array}{lll}M({\ce {H2}})&=2\ gånger 1,00797(7$

Molära massor av föreningar

Molmassan för en förening ges av summan av den relativa atommassan A _r av atomerna som bildar föreningen multiplicerat med molarmasskonstanten M _u :

$M=M_{\rm {u}}M_{\rm {r}}=M_{\rm {u}}\summa _{i}{A_{\rm {r}}}_{i} .$

Här är M _u den relativa molmassan, även kallad formelvikt. För normala prover från jord med typisk isotopsammansättning standardatomvikten eller konventionell atomvikt användas som en approximation av provets relativa atommassa. Exempel är:

$}$

${\displaystyle {\begin{aligned}M({\ce {NaCl}})&= {\bigl [}22.98976928(2)+35.453(2){\bigr ]}\ gånger 1{\text{ g/mol}}\\&=58.443(2){\text{ g/mol}}\\ \$

${\begin{aligned}M({\ce {C12H22O11}})&={\bigl [}12\ gånger 12.0107(8)+22\ gånger 1.00794(7)+11\ gånger 15.9994(3) ){\bigr ]}\ gånger 1{\text{ g/mol}}\\&=342.297(14){\text{ g/mol}}\end{aligned}}$

En genomsnittlig molmassa kan definieras för blandningar av föreningar. Detta är särskilt viktigt inom polymervetenskap , där olika polymermolekyler kan innehålla olika antal monomerenheter (olikformiga polymerer).

Genomsnittlig molmassa av blandningar

Den genomsnittliga molmassan för blandningar ${\overline {M}}$ kan beräknas från molfraktionerna x _i av komponenterna och deras molära massor M _i :

${\overline {M}}=\summa _{i}x_{i}M_{i}.$

Det kan också beräknas från massfraktionerna w i _av komponenterna:

${\frac {1}{\overline {M}}}=\sum _{i}{\frac {w_{i}}{M_{i}}}.$

Som ett exempel är den genomsnittliga molmassan av torr luft 28,97 g/mol.

Relaterade kvantiteter

Molmassan är nära relaterad till den relativa molmassan ( Mr _{standardatommassorna} ) för en förening, till den äldre termen formelvikt (FW) och till för dess beståndsdelar. Det bör dock särskiljas från molekylmassan ( som förvirrande nog också ibland kallas molekylvikt), som är massan av en molekyl (av någon enskild isotopsammansättning) och inte är direkt relaterad till atommassan , massan av en atom (av någon enskild isotop). Daltonen , symbolen Da, används också ibland som en enhet av molär massa, särskilt inom biokemi , med definitionen 1 Da = 1 g/mol , trots att det strikt är en massenhet (1 Da = 1 u = 1,660 539 066 60 (50) × 10 ⁻²⁷ kg , från och med 2018 CODATA rekommenderade värden).

Gram atommassa är en annan term för massan, i gram, av en mol atomer av det elementet. "Gramatom" är en tidigare term för en mullvad.

Molekylvikt (MW) är en äldre term för det som nu mer korrekt kallas den relativa molmassan ( M _r ). Detta är en dimensionslös kvantitet (dvs. ett rent tal, utan enheter) lika med molmassan dividerat med molarmasskonstanten .

Molekylär massa

Huvudartikel: Molekylmassa

Molekylmassan ( m ) är massan av en given molekyl: den mäts vanligtvis i dalton (Da eller u). Olika molekyler av samma förening kan ha olika molekylmassa eftersom de innehåller olika isotoper av ett grundämne. Detta är distinkt men relaterat till molmassan, som är ett mått på den genomsnittliga molekylmassan för alla molekyler i ett prov och är vanligtvis det mer lämpliga måttet när man hanterar makroskopiska (vägbara) kvantiteter av ett ämne.

Molekylära massor beräknas från atommassorna för varje nuklid , medan molära massor beräknas från standardatomvikterna för varje element . Standardatomvikten tar hänsyn till den isotopiska fördelningen av grundämnet i ett givet prov (antas vanligtvis vara "normal"). Till exempel vatten en molmassa på 18,0153(3) g/mol , men individuella vattenmolekyler har molekylmassa som sträcker sig mellan 18,010 564 6863 (15) Da ( ¹ H ₂ ¹⁶ O ) och 22,027 7364 (9) Da ( ²⁾ H218O . _{_} ^_ )

Distinktionen mellan molmassa och molekylmassa är viktig eftersom relativa molekylära massor kan mätas direkt med masspektrometri , ofta med en precision på några miljondelar . Detta är tillräckligt exakt för att direkt bestämma den kemiska formeln för en molekyl.

Användning av DNA-syntes

Termen formelvikt har en specifik betydelse när den används i samband med DNA-syntes: medan en enskild fosforamiditnukleobas som ska läggas till en DNA-polymer har skyddsgrupper och har sin molekylvikt citerad inklusive dessa grupper, den mängd molekylvikt som i slutändan är tillsatt av denna nukleobas till en DNA-polymer hänvisas till som nukleobasens formelvikt (dvs. molekylvikten för denna nukleobas i DNA-polymeren, minus skyddsgrupper).

Precision och osäkerheter

Den precision till vilken en molmassa är känd beror på precisionen hos atommassorna från vilken den beräknades och värdet på molmassakonstanten . De flesta atommassor är kända med en precision av minst en del av tiotusen, ofta mycket bättre (atommassan för litium är ett anmärkningsvärt och allvarligt undantag). Detta är tillräckligt för nästan all normal användning inom kemi: den är mer exakt än de flesta kemiska analyser och överskrider renheten hos de flesta laboratoriereagenser.

Atommassornas precision, och därmed molära massor, begränsas av kunskapen om elementets isotopfördelning . Om ett mer exakt värde på molmassan krävs är det nödvändigt att bestämma isotopfördelningen för provet i fråga, som kan skilja sig från den standardfördelning som används för att beräkna standardatommassan. De isotopiska fördelningarna av de olika elementen i ett prov är inte nödvändigtvis oberoende av varandra: till exempel kommer ett prov som har destillerats att anrikas på de lättare isotoperna av alla närvarande element. Detta komplicerar beräkningen av standardosäkerheten i molmassan.

En användbar konvention för normalt laboratoriearbete är att citera molära massor med två decimaler för alla beräkningar. Detta är mer exakt än vad som vanligtvis krävs, men undviker avrundningsfel vid beräkningar. När molmassan är större än 1000 g/mol är det sällan lämpligt att använda mer än en decimal. Dessa konventioner följs i de flesta tabulerade värden för molära massor.

Mått

Molära massor mäts nästan aldrig direkt. De kan beräknas från standardatommassa och är ofta listade i kemikaliekataloger och på säkerhetsdatablad ( SDS). Molära massor varierar vanligtvis mellan:

1–238 g/mol för atomer av naturligt förekommande grundämnen;

10–1000 g/mol för enkla kemiska föreningar ;

1000–5 000 000 g/mol för polymerer , proteiner , DNA -fragment etc.

Medan molmassor nästan alltid, i praktiken, beräknas från atomvikter, kan de också mätas i vissa fall. Sådana mätningar är mycket mindre exakta än moderna masspektrometriska mätningar av atomvikter och molekylära massor, och är mestadels av historiskt intresse. Alla procedurer förlitar sig på kolligativa egenskaper , och eventuell dissociation av föreningen måste beaktas.

Ångdensitet

Huvudartikel: Ångdensitet

Mätningen av molmassa genom ångdensitet bygger på principen, som först uttalades av Amedeo Avogadro , att lika volymer gaser under identiska förhållanden innehåller lika många partiklar. Denna princip ingår i den ideala gasekvationen :

$pV=nRT,$

där n är mängden ämne . Ångdensiteten ( ρ ) ges av

$\rho ={{nM} \över {V}}.$

Att kombinera dessa två ekvationer ger ett uttryck för molmassan i termer av ångdensiteten för förhållanden med känt tryck och temperatur :

$M={{RT\rho } \over {p}}.$

Fryspunktsdepression

Huvudartikel: Fryspunktsdepression

Fryspunkten AT för en lösning är lägre än den för det rena lösningsmedlet , och fryspunktssänkningen ( ) är direkt proportionell mot mängdkoncentrationen för utspädda lösningar. När kompositionen uttrycks som en molalitet är proportionalitetskonstanten känd som den kryoskopiska konstanten ( Kf _. ) och är karakteristisk för varje lösningsmedel Om w representerar massfraktionen av det lösta ämnet i lösning, och förutsatt att ingen dissociation av det lösta ämnet antas, ges molmassan av

$M={{wK_{\text{f}}} \över {\Delta T}}.\$

Kokpunktshöjd

Huvudartikel: Kokpunktshöjd

Kokpunkten för en lösning av ett icke flyktigt löst ämne är högre än för det rena lösningsmedlet , och kokpunktshöjningen ( Δ T ) är direkt proportionell mot mängdkoncentrationen för utspädda lösningar. När sammansättningen uttrycks som en Kb _molalitet , är proportionalitetskonstanten känd som den ebullioskopiska konstanten ( ) och är karakteristisk för varje lösningsmedel. Om w representerar massfraktionen av det lösta ämnet i lösning, och förutsatt att ingen dissociation av det lösta ämnet antas, ges molmassan av

$M={{wK_{\text{b}}} \över {\Delta T}}.\$

Se även

• Mullvadskarta (kemi)

externa länkar

• HTML5 Molar Mass Calculator Arkiverad 2017-04-25 på Wayback Machine webb- och mobilapplikation.
• Online Molar Mass Calculator med osäkerheten M och alla beräkningar som visas
• Molar Mass Calculator Online Molar Mass och Elemental Composition Calculator
• Stökiometritillägg för Microsoft Excel Arkiverad 2011-05-11 på Wayback Machine för beräkning av molekylvikter, reaktionskoefficienter och stökiometri. Den inkluderar både genomsnittliga atomvikter och isotopvikter.
• Molär massa: kemi kurs på avancerad nivå .