V čem se měří hmotnost iontů?

Z toho, co bylo řečeno v předchozích odstavcích, v první řadě vyplývá, že náboje nesené kladnými a zápornými ionty, které mají opačné znaménko, musí být v absolutní hodnotě totožné, protože se tvoří, obecně řečeno, štěpením neutrálních molekul látka. První kvantitativní stanovení množství umožňujících posoudit hmotnost iontů různých kategorií provedli J. J. Thomson a V. Wiiom a první přibližná stanovení náboje iontu provedl J. J. Thomson. Hlavní série studií byla věnována stanovení poměru náboje iontů е ke své hmotě m. V jedné z metod používaných J. J. Thomsonem v roce 1897 operoval s tzv. katodové paprsky, objevil Crookes a skládá se z proudu některých velmi zvláštních částic nesoucích záporné náboje. Jak je známo, Crookes pozoroval katodové paprsky ve velmi jasně vyjádřené podobě uvnitř skleněné nádoby s velmi řídkým prostorem, ve kterém byly umístěny dvě elektrody: plochá nebo mírně konkávní katoda a nějaký druh anody. Když je potenciálový rozdíl mezi těmito elektrodami dostatečně vysoký, vycházejí z povrchu záporné elektrody, přibližně kolmo k ní, výše uvedené katodové paprsky, které mají řadu speciálních vlastností. Paprsek katodových paprsků je vychylován působením příčného magnetického pole, které lze detekovat buď pomocí fluorescence zbytků plynu v trubici, nebo pomocí fluorescence speciální clony, na kterou paprsky dopadají. Stejné vychýlení lze dosáhnout průchodem katodových paprsků mezi deskami kondenzátoru umístěného uvnitř trubice a nabíjeného z nějakého konstantního zdroje. V obou případech směr výchylky přesně odpovídá negativní elektrifikaci částic tvořících katodové paprsky. Podobná pozorování lze provést například pomocí trubice s velmi zředěným plynem, jak je znázorněno na obrázku 256. Zde C je katoda, A – anoda s mezerou asi 2 – 3 milimetry, V – kovový disk spojený se zemí a mající mezeru asi jeden milimetr širokou, D₁ и D₂ – kondenzátorové desky, F – fluorescenční stínítko nanesené na vnitřní povrch skleněné trubice. Katodové paprsky vycházející z povrchu katody C procházejí štěrbinami dovnitř А и В ve směru NEBO a dát zářící stopu na obrazovce R. Představme si nyní, že se trubice nachází v rovnoměrném magnetickém poli kolmém k rovině obrázku 132, tedy kolmo k OP. V tomto případě se katodový paprsek změní z přímého na zakřivený (NEBO’) podél oblouku kruhu, jehož poloměr bude záviset na magnetické indukci PROTI, z poplatku е částice tvořící katodové paprsky na základě jejich hmotnosti т a na jejich rychlosti v. Poloměr zakřivení trajektorie iontů bude skutečně určen podmínkou rovnosti absolutní hodnoty odstředivé síly na jedné straně a síly vychylující částici do středu zakřivení na straně druhé. Odstředivá síla bude mv 2 /r. Síla vychylující částici bude rovna součinu magnetické indukce В a velikost ev, nepředstavující nic jiného než míru síly proudu způsobené pohybem náboje е s rychlostí v (úhel mezi vektorovým směrem В v tomto případě rovný 90°). Proto můžeme napsat: mv 2 /r=Bev. Na druhou stranu vyprávění talířů D₁ и D₂ určitý potenciálový rozdíl, můžeme způsobit vychýlení katodového paprsku vystavením pohybujících se nabitých prvků paprsku příčnému elektrickému poli. Označuje elektrickou sílu mezi deskami D₁ и D₂ přes E můžeme vyjádřit mechanickou sílu tohoto účinku na každou jednotlivou částici prostřednictvím Její. V tomto případě znaménko rozdílu potenciálů mezi deskami D₁ и d₂ 257 lze brát tak, že vychylovací účinky elektrického a magnetického pole na katodový paprsek jsou vzájemně opačné. Po stanovení určité hodnoty elektrické síly E podle toho pak změníme magnetickou indukci В a tímto způsobem můžeme dosáhnout eliminace vychýlení katodového paprsku, což lze posoudit návratem fluorescenční stopy paprsku do bodu R. Až toho dosáhneme, budeme moci napsat: Její=Vev. S přihlédnutím k významu PROTI, Takto vybrané a spojením výsledných dvou vztahů získáme: Velikost samotného náboje е byl, jak uvidíme později, přímo určen z jiných pozorování. přístup е к m a velikost rychlosti v byly získány J. J. Thomsonem a další metodou, ve které se mimochodem množství záporné elektřiny nesené určitou částí katodového toku určovalo pomocí Perrinovy metody (obr. 133). Dutý kovový válec je umístěn v dráze katodového paprsku vycházejícího ze záporné elektrody C В s otvorem ve spodní přivrácené elektrodě C. Tento válec В velmi pečlivě izolovány a pro zamezení jakýchkoliv elektrických vlivů umístěny uvnitř bezpečnostní kovové komory Ah plní zároveň roli anody. Válec В je připojen ke speciálně kalibrovanému elektroměru, kterým lze měřit elektrický náboj získaný válcem. Jak ukázal Perrin, katodový paprsek se dostal dovnitř válce PROTI, nabíjí jej zápornou elektřinou a velikost tohoto náboje je za daných konstantních podmínek přísně úměrná době, po kterou katodový paprsek působí. J. J. Thomson při provádění experimentu po určitou dobu změřil náboj Q, válec získaný během této doby V. Označení podle N počet záporných nosičů elektřiny vstupujících do válce PROTI, dostaneme: Ne=Q. J. J. Thomson pak změřil množství kinetické energie těchto N částice, které způsobí, že stejný katodový paprsek dopadne za stejnou dobu na speciálně vyrobený termočlánek, umístěný pro tento účel v dráze katodového paprsku, namísto válce PROTI, a kalibrován jako kalorimetr. Označení podle W množství energie získané kalorimetrickým termočlánkem v důsledku jeho bombardování N částice s hmotností m každý a řítí se rychlostí v, a za předpokladu, že kinetická energie každé částice se při dopadu na povrch termočlánku zcela přemění na teplo, dostaneme druhý vztah: , 1 /₂Nmv 2 =M. Nakonec, provedeme výše popsaný experiment s vychylováním katodového paprsku magnetickým polem, přidáme třetí vztah: mv 2 /r=Bev. Z těchto tří vztahů dostáváme: J. J. Thomson tak mohl různými způsoby určit poměr náboje k hmotnosti a rychlost částic tvořících katodový paprsek. Hodnota rychlosti v závisí v širokých mezích na potenciálovém rozdílu aplikovaném na elektrody trubice. Za pracovních podmínek J. J. Thomsona při napětí dosahujícím 10000 XNUMX voltů a mírně vyšším, v dosáhl 3,6 x 10 centimetrů za sekundu, tedy na hodnotu mírně přesahující jednu desetinu rychlosti světla. Ohledně velikosti poměru e/mpak zcela bez ohledu na jakékoli nahodilé okolnosti (napětí, povaha plynu v trubici, látka záporné elektrody atd.) se tento poměr ukazuje jako vždy stejného řádu. J. J. Thomson obdržel v popsaných experimentech: e/m= asi 10 7 v abs. el.-magn. Jednotky. 259 Nyní víme, na základě výsledků pozdějších, pokročilejších experimentů, že přesnější hodnota tohoto poměru by měla být: e/m=1,76•10 v abs. el.-magn. Jednotky. Tento malý rozpor, vysvětlený řadou zdrojů chyb v počátečních experimentech, však nemá žádný významný význam pro doložení těch extrémně důležitých a zásadních závěrů, k nimž J. J. Thomson došel analýzou výsledků, které získal. V tomto ohledu je pouze nutné znát řádovou velikost – a to bylo poměrně přesně stanoveno J. J. Thomsonem a následně porovnat získanou hodnotu s hodnotou získanou pro poměr náboje k hmotnosti v případě běžných hmotných iontů. . Vypočítal, že v případě nejlehčího iontu, se kterým se zabýváme při průchodu proudu elektrolyty, konkrétně vodíkového iontu, bude poměr, který nás zajímá, asi 7 10 (jeho přesnější hodnota je 4•0,96 10 ). Jak uvidíme později, J. J. Thomson ukázal, že velikost náboje prvků katodového paprsku a elektrolytických iontů by měla být uznávána jako stejná. Z toho usoudil, že hmotnost částice katodového toku je mnohonásobně (více než tisíckrát) lehčí než nejlehčí atom, atom vodíku. V současné době víme, že hmotnost atomu vodíku je přibližně 4krát větší elektron, tento název, navržený Johnstonem Stoneym, byl nakonec ve vědě zaveden pro označení těch nositelů negativní elektřiny, se kterými se setkáváme obecně vždy při průchodu proudu plyny a prázdnotou. Největší zásluha J. J. Thomsona spočívá právě v tom, že jako první stanovil základní fyzikální charakteristiky nejlehčích hmotných částic, které jsou nositeli nejmenšího elektrického náboje, se kterým se v praxi setkáváme. Nyní oprávněně považujeme tyto nejlehčí částice, jejichž hmotnost je 1840krát menší než hmotnost atomu vodíku, za atomy elektřiny. Důkladné teoretické a experimentální studium problematiky elektronové hmoty ukazuje, že není konstantní, ale ukazuje se, že je funkcí rychlosti. Označuje hmotnost elektronu pohybujícího se pomalu ve srovnání s rychlostí světla, skrz m, na základě nejnovějších zkušeností můžeme přijmout: m=8,95•10-28 gramů. Dále zavádíme označení k=v/c, 260 kde v je rychlost elektronu a s – rychlosti světla, můžeme teoreticky zdůvodnit následující výraz pro hmotnost elektronu pohybujícího se rychlostí v: V tomto ohledu vznikl nápad o elektromagnetická povaha elektronové hmoty. Je velmi zajímavé porovnat hodnoty pro elektron a pro kladné ionty plynu a pro tento účel lze využít výsledky experimentů V. Wiena, který tento poměr stanovil v případě kladných iontů tvořících tzv. -volal paprsky západu slunce, poprvé pozoroval Goldstein. Pokud dojde k elektrickému výboji mezi nějakou anodou a katodou ve vysoce zředěném plynu a katoda sestává z kovové desky s velkým počtem malých otvorů, pak za katodou, tedy na straně protilehlé anodě, velmi slabě svítící paprsky jsou pozorovány, jak pronikají otvory a způsobují znatelnou fluorescenci skla v místě, kde dopadají na stěny nádoby. Wien za prvé ukázal, že Goldsteinovy paprsky zapadajícího slunce se skládají z kladně nabitých iontů, které nabyly velmi vysokých rychlostí v elektrickém poli na druhé straně katody a díky tomu byly schopny takříkajíc proklouznout otvory setrvačnost. Ovlivněním svazku zapadajících paprsků elektrickým a magnetickým polem a použitím stejné metody, která byla popsána výše ve vztahu ke katodovým paprskům, mohl Wien určit hodnotu pro západ slunce a získat: e/m= asi 300 abs. el.-magn. Jednotky, v – asi 3•10 centimetrů za sekundu. Ukázalo se tedy, že rychlost byla 7krát nižší než rychlosti pozorované pro elektrony za podmínek podobných elektrických polí. Protože dále není pochyb o tom, že náboje nesené kladnými i zápornými ionty v plynech musí být identické, pak se zjevně ukázalo, že hmotnost kladných iontů ve Wienových experimentech je přibližně 100 30000krát větší než hmotnost elektronu. . Pro informaci můžeme uvést, že pro železo při elektrolýze roztoků solí železa získáme e/m= asi 400. Jinými slovy, kladné ionty plynu mají hmotnosti stejného řádu jako těžké elektrolytické ionty, to znamená, že představují jednu nebo druhou, někdy velmi těžkou, kombinaci běžných atomů a molekul látky. 261 Přejdeme-li nyní k otázce nábojů nesených plynovými ionty, zastavme se nejprve u práce J. J. Thomsona, který jako první určil náboj elektronu. Využil vlastnosti vodní páry ke kondenzaci kolem iontů a vytváření kapiček mlhy. Tuto vlastnost objevil Wilson, který ukázal, že v případě adiabatické expanze nasycené vodní páry za přítomnosti plynových kuželů se mlha objevuje i při nižším stupni expanze, než je požadováno, pokud vzduch neobsahuje absolutně žádné ionty. Wilson zjistil, že ve vzduchu zbaveném prachu a bez ionizace vytváří nasycená vodní pára mlhu pouze tehdy, když náhlý nárůst objemu plynu není menší než 1,38krát. Při expanzi 1,25 krát se mlha tvoří pouze v přítomnosti záporných iontů, které na sobě kondenzují kapičky vody. To je pozorováno s dalším zvýšením expanzního poměru až k hranici 1,31, při dosažení které voda a kladné ionty začnou kondenzovat. Při stupni expanze od 1,31 do 1,38 bude vodní pára kondenzovat na iontech obou znaků. Počínaje expanzí 1,38 krát dochází k tvorbě mlhy, jak je uvedeno výše, bez ohledu na přítomnost iontů. J. J. Thomson ionizoval vzduch nasycený vodní párou pomocí rentgenového záření a poté způsobil jeho adiabatickou (téměř velmi rychlou) expanzi faktorem 1,25. Mrak mlhy, vytvořený z kapiček kondenzovaných kolem záporných iontů, padá vlivem gravitace a pomocí vztahů daných Stokesem bylo možné z rychlosti pádu určit velikost a hmotnost jednotlivých kapiček. J. J. Thomson vypočítal celkové množství kondenzované vody na základě termodynamických dat a vydělil je hmotností jednotlivé kapky. Tímto způsobem byl stanoven počet všech kapiček, které tvořily mlhu. Pro získání hodnoty celkového náboje neseného sadou záporných iontů podílejících se na tvorbě mlhy bylo aplikováno elektrické pole, pod jehož vlivem se ionty stejného znaménka ukládaly na elektrodě připojené ke speciálně kalibrovanému elektroměru. . Vydělením tohoto celkového náboje počtem kapiček získal J. J. Thomson náboj každého iontu. A v tomto případě bylo jeho velkým úspěchem poměrně přesné určení řádové velikosti náboje plynného iontu. Konkrétně obdržel: е=asi 4•10 -10 abs. el.-stat. Jednotky. J. J. Thomson porovnal toto množství elektřiny s nábojem elektrolytického iontu, jako je vodík. Li N je počet molekul na metr krychlový. centimetr vodíku při tlaku 760 mm rtuťového sloupce a při teplotě 0 °C, a е je náboj vodíkového iontu, se kterým se zabýváme při elektrolýze roztoků, pak na základě přímých experimentů můžeme klást: Ne‘=1,22•10 10 abs. el.-stat. Jednotky. 262 Dále to na základě kinetické teorie plynů vypočítal J. J. Thomson N leží v rozmezí od 2,1•10 do 19. To dává 10•20 -1,29 < e’< 6,1•10-10, z čehož vyplývá, že náboj nesený plynovým iontem je roven náboji vodíkového iontu při elektrolýze roztoků. Tento výsledek klasických experimentů J. J. Thomsona je plně odůvodněn celým souborem moderních dat, což nepochybně dokazuje, že v nejrůznějších případech se vždy setkáváme se stejným elementárním elektrickým nábojem. Pozdější a pokročilejší pozorovací metody umožnily velmi přesně (s přesností čtyř číslic) určit velikost náboje je V tomto ohledu jsou zvláště důležité experimenty Millikana, který pozoroval chování jednotlivých drobných kapiček oleje a rtuti nabitých velmi malým počtem iontů v elektrickém poli. Při určování nábojů kapiček Millikan zjistil, že se vždy ukáže, že jsou násobky určitého množství elektřiny. (F), a tím demonstrovat prostřednictvím přímé zkušenosti atomovou povahu elektřiny. Aktuálně význam e, získané Millikanem je považováno za velmi spolehlivé, a proto na základě jeho výzkumu akceptují: е=4,774•10-10 abs. el.-stat. jednotek =1,592•10 -20 abs. el.-magn. Jednotky.

ČTĚTE VÍCE

Jak chutná šnečí maso?

VÝROBCE
specializovaná chemie
Molekulová hmotnost

Pojem molekulová hmotnost, jako je molární hmotnost, atomová hmotnost nebo pochopení struktury atomu, je dalším základním prvkem, který je nutné zvládnout, abychom správně pochopili svět chemie. Molekuly chemických sloučenin mají extrémně malou hmotnost. Studium struktury a vlastností prvků a chemických sloučenin není snadný úkol. Znalost molekulové hmotnosti nám nejen říká, kolik daná sloučenina váží, ale na základě její hodnoty můžeme také určit hmotnostní poměry prvků ve sloučeninách nebo určit jejich procenta.

miniatura masa atomowa

Co je molekulová hmotnost?

Molekulová hmotnost dané chemické sloučeniny je součtem atomových hmotností, které tvoří prvky. Jakou molekulovou hmotnost bude mít jedna molekula dané chemické sloučeniny závisí na tom, kolik a jaké atomy jsou zahrnuty v jejím složení.

Molekulární hmotnosti prvků a chemických sloučenin jsou označeny písmenem „u“. Absolutní hmotnosti atomů jsou extrémně malé, řádově 10-24 g. Proto, aby se usnadnilo zavádění hodnot molekulových hmotností a zabránilo se používání nepohodlných jednotek měření, je zavedena nová jednotka atomové hmotnosti – “ u“ (z anglického „jednotka“ – „jednotka“), což je 1/12 hmotnosti nuklidu izotopu uhlíku 12 C.

Atomová hmota

Abyste správně určili molekulovou hmotnost dané chemické sloučeniny, musíte nejprve znát atomovou hmotnost prvků, které tvoří její složení.

Hmotnost chemických prvků se obvykle vyjadřuje v jednotkách atomové hmotnosti – „u“. Je důležité poznamenat, že většina chemických prvků nalezených na Zemi je směsí několika izotopů. Izotopy jsou odrůdy stejného chemického prvku, které mají konstantní atomové číslo (obsahují stejný počet protonů v jádře), ale liší se hmotnostním číslem (mají různý počet neutronů). Při určování atomové hmotnosti jednotlivého chemického prvku by se proto mělo vzít v úvahu procento izotopů tohoto prvku.

Atomová hmotnost je jedinečnou vlastností prvku. Je důležité si uvědomit, že žádné dva chemické prvky nemají stejnou atomovou hmotnost. Proto lze tuto vlastnost použít k identifikaci prvků. Atomovou hmotnost jednotlivých prvků lze zjistit z periodické tabulky chemických prvků.

Molekulová hmotnost prvků

Některé chemické prvky, jako je dusík, vodík, kyslík, fluor, brom, jód nebo chlor, existují jako dvouatomové molekuly. Neexistují jako jednotlivé atomy. Pak je vhodné použít pojem „molekulární hmotnost prvku“.

ČTĚTE VÍCE

Kolik stojí živý bažant?

Jak určit molekulovou hmotnost prvků a chemických sloučenin?

Chcete-li správně určit molekulovou hmotnost prvků i chemických sloučenin, musíte nejprve znát obecný molekulový vzorec. Pomocí molekulové hmotnosti a chemického vzorce můžete například určit podíl jednotlivých prvků na hmotnosti celé molekuly.

Když jsme u dvouatomových prvků, určení jejich molekulové hmotnosti je založeno na znalosti atomové hmotnosti jednotlivého atomu tohoto prvku. Tato hodnota se pak vynásobí dvěma. Například molekulová hmotnost plynu, kterým je dusík se vzorcem N₂, je 28, protože jeden atom dusíku má hmotnost 14.

Totéž by mělo být provedeno s chemickými sloučeninami. Jak určit jejich molekulovou hmotnost?

určit chemický vzorec sloučeniny, pro kterou chceme určit molekulovou hmotnost,
vyjmenujte prvky, které tvoří sloučeninu, a uveďte množství každého z nich,
určit atomovou hmotnost každého prvku,
pokud je v molekule více než jeden atom prvku, musí se jeho atomová hmotnost vynásobit touto hodnotou,
sečíst atomové hmotnosti všech prvků.

Molekulová hmotnost a molární hmotnost

Podobně jako u chemických sloučenin se vypočítává jejich molární hmotnost. Běžně se používá ve stechiometrických výpočtech, protože použití molů jako měrné jednotky umožňuje převedení procesu do makroměřítka.

Krtek je jednotka měření množství látky, základní jednotka Mezinárodní soustavy jednotek (SI). Jeden mol se rovná 6,022141 * 10 prvků (prvky mohou být atomy, ionty nebo molekuly).

Molární hmotnost je hmotnost jednoho molu určité látky. Má stejnou číselnou hodnotu jako molekulová hmotnost, ale je třeba si uvědomit, že má úplně jinou měrnou jednotku. Zatímco molekulová hmotnost je vyjádřena v “u”, molární hmotnost sloučeniny je vyjádřena v gramech na mol (g/mol). Kromě toho se molekulová hmotnost týká hmotnosti jedné molekuly. U molární hmotnosti je situace jiná. Molární hmotnost také vyjadřuje hmotnost, ale vztaženou k jednomu molu (6,022141 * 10 23 prvků).

Proč potřebujete znát molekulovou hmotnost?

Molekulová hmotnost této chemické sloučeniny umožňuje:

zjistit hmotnost konkrétní chemické sloučeniny. Hodnotu v “u” lze převést na gramy, pokud znáte následující poměr: 1 u = 1,66 * 10 -24 g;
určit poměr hmotností jednotlivých prvků, které tvoří chemickou sloučeninu. Hmotnostní poměr je definován jako poměr hmotností atomů prvků, které tvoří sloučeninu;
vypočítat hmotnostní zlomek, to znamená procento prvků v chemické sloučenině. Vypočteno z poměru hmotnosti atomů v nejmenší struktuře chemické sloučeniny k molekulové hmotnosti sloučeniny vynásobené 100 %.