Поміркуйте
Сформулюйте гіпотезу, як можна зважити атоми.
Оскільки атоми — це надзвичайно маленькі частинки, їх неможливо покласти на звичайні терези. Можна припустити, що для визначення їхньої маси потрібен особливий еталон, який теж має атомні розміри. Тобто, масу одного атома можна визначити, порівнюючи її з масою іншого атома, прийнятого за зразок, подібно до того, як ми використовуємо гирі для зважування предметів.
Поміркуйте
Якими можна уявити терези, щоб як важки (гирки) можна було використовувати атомну одиницю маси?
Можна уявити собі уявні мікроскопічні терези. На одну їхню шальку ми кладемо атом, який хочемо “зважити”, а на іншу починаємо класти “важки”, якими є атомні одиниці маси (а.о.м.). Кількість таких “важків”, яка потрібна для зрівноваження терезів, і буде показувати відносну атомну масу цього атома.
Поміркуйте
Як можна визначити відносну молекулярну масу речовини за її хімічною формулою?
Щоб визначити відносну молекулярну масу речовини за її хімічною формулою, потрібно додати відносні атомні маси всіх хімічних елементів, з яких складається молекула, враховуючи при цьому кількість атомів кожного елемента. Тобто, треба подивитися у Періодичну таблицю, знайти відносні атомні маси потрібних елементів, помножити масу кожного на його індекс у формулі, а потім усі отримані числа скласти разом.
Робота з інформацією
14. Складіть діаграму Венна, порівнявши поняття:
а) «відносна атомна маса» й «відносна молекулярна маса»
Уявімо діаграму Венна, де є два кола, що перетинаються.
- У колі «Відносна атомна маса» буде: це характеристика маси окремого атома.
- У колі «Відносна молекулярна маса» буде: це характеристика маси цілої молекули, яка дорівнює сумі відносних атомних мас усіх атомів у ній.
- На перетині кіл (спільне) буде: обидва поняття є відносними величинами, які показують, у скільки разів маса частинки (атома чи молекули) більша за 1/12 маси атома Карбону-12, і обидві величини є безрозмірними.
б) «відносна молекулярна маса» й «відносна формульна маса»
Для цих понять діаграма Венна виглядатиме трохи інакше.
- У колі «Відносна молекулярна маса» буде: цей термін використовують для речовин, що мають молекулярну будову (складаються з молекул).
- У колі «Відносна формульна маса» буде: цей термін використовують для речовин немолекулярної будови (наприклад, для харчової соди NaHCO₃).
- На перетині кіл (спільне) буде: спосіб обчислення для обох величин абсолютно однаковий — це сума відносних атомних мас усіх елементів у хімічній формулі з урахуванням їхньої кількості.
15. Сьогодні одиницею вимірювання маси в системі SI є кілограм. А в давні часи різні країни користувалися переважно своїми унікальними одиницями вимірювання маси. У писемних джерелах часів Київської держави згадуються такі міри ваги (маси), як-от: пуд, гривня, золотник. За часів монгольської навали гривню почали рубати сокирою на шматки — отримували рублі (від слова «рубати»). Із додаткових джерел дізнайтеся, скільки дорівнюють берковець, пуд, гривня й золотник у кілограмах (грамах).
Згідно з історичними даними, ці старовинні одиниці ваги дорівнювали:
- Берковець — приблизно 163,8 кг.
- Пуд — приблизно 16,38 кг.
- Гривня (київська) — близько 140—160 г
- Золотник — приблизно 4,266 г.
16. Випишіть із Періодичної таблиці елементів символи й відносні атомні маси (округлені до цілих чисел) хімічних елементів: Алюмінію, Флуору, Цинку, Аргентуму, Стануму.
- Алюміній: Al, Aᵣ = 27
- Флуор: F, Aᵣ = 19
- Цинк: Zn, Aᵣ = 65
- Аргентум: Ag, Aᵣ = 108
- Станум: Sn, Aᵣ = 119
17. Дізнайтеся, хто ввів у науку поняття «відносна атомна маса». Якими були «еталони» атомної маси до «карбонового»? Підготуйте повідомлення для класу.
Поняття «відносна атомна маса» ввів у науку англійський учений Джон Дальтон на початку XIX століття. До того, як у 1961 році за еталон було прийнято 1/12 маси атома Карбону, використовували інші стандарти. Спочатку сам Дальтон запропонував за одиницю приймати масу атома найлегшого елемента — Гідрогену (водень). Пізніше за еталон обрали 1/16 маси атома Оксигену (кисень), оскільки Оксиген утворює сполуки з більшістю елементів, що спрощувало розрахунки.
18. Обчисліть, атом якого елемента важчий і в скільки разів:
а) Нітрогену чи Гелію: Атом Нітрогену ($Aᵣ=14$) важчий за атом Гелію ($Aᵣ=4$) у $14 / 4 = 3.5$ рази.
б) Оксигену чи Сульфуру: Атом Сульфуру ($Aᵣ=32$) важчий за атом Оксигену ($Aᵣ=16$) у $32 / 16 = 2$ рази.
в) Феруму чи Силіцію: Атом Феруму ($Aᵣ=56$) важчий за атом Силіцію ($Aᵣ=28$) у $56 / 28 = 2$ рази.
г) Сульфуру чи Купруму: Атом Купруму ($Aᵣ≈64$) важчий за атом Сульфуру ($Aᵣ=32$) у $64 / 32 = 2$ рази.
19. Обчисліть, скільки атомів Оксигену мають таку саму масу, як один атом Купруму.
Відносна атомна маса Купруму дорівнює приблизно 64, а Оксигену — 16. Щоб знайти кількість атомів Оксигену, потрібно масу атома Купруму поділити на масу атома Оксигену: $64 / 16 = 4$. Отже, 4 атоми Оксигену мають таку саму масу, як один атом Купруму.
20. Обчисліть відносні молекулярні (формульні) маси речовин:
а) хлору Cl₂: $Mᵣ(Cl₂) = 2 \cdot 35.5 = 71$.
б) сульфатної кислоти H₂SO₄: $Mᵣ(H₂SO₄) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$.
в) сахарози C₁₂H₂₂O₁₁: $Mᵣ(C₁₂H₂₂O₁₁) = 12 \cdot 12 + 22 \cdot 1 + 11 \cdot 16 = 342$.
г) міді Cu: Оскільки мідь — це проста речовина, її відносна формульна маса дорівнює відносній атомній масі: $Aᵣ(Cu) ≈ 64$.
д) ангідриту CaSO₄: $Mᵣ(CaSO₄) = 40 + 32 + 4 \cdot 16 = 136$.
е) крейди CaCO₃: $Mᵣ(CaCO₃) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100$.
є) малахіту (CuOH)₂CO₃: $Mᵣ((CuOH)₂CO₃) = 2 \cdot (64 + 16 + 1) + 12 + 3 \cdot 16 = 2 \cdot 81 + 12 + 48 = 162 + 12 + 48 = 222$.
21. Складіть формули та обчисліть відносні молекулярні (формульні) маси речовин:
а) натрій хлориду: Формула NaCl. $Mᵣ(NaCl) = 23 + 35.5 = 58.5$.
б) кальцій броміду: Формула CaBr₂. $Mᵣ(CaBr₂) = 40 + 2 \cdot 80 = 200$.
в) плюмбум(2+) йодиду: Формула PbI₂. $Mᵣ(PbI₂) = 207 + 2 \cdot 127 = 461$.
г) алюміній оксиду: Формула Al₂O₃. $Mᵣ(Al₂O₃) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 102$.
д) нітроген(ІІІ) оксиду: Формула N₂O₃. $Mᵣ(N₂O₃) = 2 \cdot 14 + 3 \cdot 16 = 76$.
22. Речовину із систематичною назвою гідроген пероксид… Визначте хімічну формулу перекису водню, якщо його відносна молекулярна маса дорівнює 34.
Дано: Ми знаємо, що відносна молекулярна маса ($M_r$) речовини дорівнює 34, а її формула має вигляд HₓOₓ, тобто кількість атомів Гідрогену і Оксигену однакова.
Розв’язання:
За визначенням, відносна молекулярна маса — це сума відносних атомних мас ($A_r$) усіх атомів у молекулі.
- Відносна атомна маса Гідрогену ($A_r(H)$) дорівнює 1.
- Відносна атомна маса Оксигену ($A_r(O)$) дорівнює 16.
Складаємо рівняння:
$M_r(H_xO_x) = x \cdot A_r(H) + x \cdot A_r(O) = x \cdot 1 + x \cdot 16$
Підставляємо відоме значення $M_r$ і розв’язуємо:
$x \cdot 1 + x \cdot 16 = 34$
$x \cdot (1 + 16) = 34$
$x \cdot 17 = 34$
$x = 34 / 17$
$x = 2$
Відповідь: Ми знайшли, що $x = 2$. Отже, формула речовини — H₂O₂, яка називається перекис водню або гідроген пероксид.
23. Мінерал пірит складається з двох хімічних елементів — Феруму та Сульфуру й має відносну формульну масу 120. Визначте хімічну формулу цієї речовини.
Нехай формула піриту $Fe_xS_y$.
Відносні атомні маси:
$Aᵣ(Fe) = 56$,
$Aᵣ(S) = 32$.
Рівняння:
$56x + 32y = 120$.
Методом підбору знаходимо, що якщо взяти один атом Феруму ($x=1$), то
$56 + 32y = 120$
$32y = 64$
$y=2$
Хімічна формула піриту — FeS₂.
24. Формула жасмоналю, який зумовлює запах квітів жасмину, C₆H₅CHC(C₅H₁₁)CHO. Обчисліть його відносну молекулярну масу.
Спочатку визначимо кількість атомів кожного елемента у сполуці:
- Карбон (C): $6 + 1 + 1 + 5 + 1 = 14$ атомів.
- Гідроген (H): $5 + 1 + 11 + 1 = 18$ атомів.
- Оксиген (O): 1 атом.
Загальна формула: C₁₄H₁₈O.
Тепер обчислимо відносну молекулярну масу: $Mᵣ(C₁₄H₁₈O) = 14 \cdot 12 + 18 \cdot 1 + 16 = 168 + 18 + 16 = 202$.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
25. За малюнками визначте, чи справді врівноважені терези.
а) Так, терези врівноважені. Маса 12 атомів Гідрогену (12 ⋅ 1 = 12 а.о.м.) дорівнює масі одного атома Карбону (12 а.о.м.).
б) Так, терези врівноважені. Маса одного атома Магнію (24 а.о.м.) дорівнює масі двох атомів Карбону (2 ⋅ 12 = 24 а.о.м.).
26. Визначте, у який бік схиляться шальки терезів, якщо відпустити руку.
Вибачте, ви маєте рацію. Дійсно, на лівій шальці 3 молекули, а на правій — 2. Перерахуймо:
- Ліва шалька: На ній знаходяться 3 молекули води (H₂O). Відносна молекулярна маса однієї молекули води дорівнює $2 \cdot 1 + 16 = 18$. Загальна маса на лівій шальці становить $3 \cdot 18 = 54$.
- Права шалька: На ній знаходяться 2 молекули вуглекислого газу (CO₂). Відносна молекулярна маса однієї молекули вуглекислого газу дорівнює $12 + 2 \cdot 16 = 44$. Загальна маса на правій шальці становить $2 \cdot 44 = 88$.
Оскільки 88 більше за 54, права шалька терезів переважить і схилиться вниз.