Molmasse

Molmasse
Gemeinsame Symbole
M
SI-Einheit kg/mol
Andere Einheiten
g/mol

Im Chemie, das Molmasse von a chemische Verbindung ist definiert als die Masse einer Probe dieser Verbindung geteilt durch die Menge der Substanz in dieser Probe gemessen in Maulwürfe.[1] Die Molmasse ist eine molekulare Masse, Eigenschaft einer Substanz. Die Molmasse ist eine Durchschnitt von vielen Fällen der Verbindung, die aufgrund des Vorhandenseins von häufig in der Masse variieren Isotope. Am häufigsten wird die Molmasse aus der berechnet Standard Atomgewichte und ist somit ein terrestrischer Durchschnitt und eine Funktion der relativen Häufigkeit der Isotope der konstituierenden Atome auf der Erde. Die Molmasse ist geeignet, um zwischen der Masse einer Substanz und der Menge einer Substanz für Schüttgüßen umzuwandeln.

Das Molekulargewicht wird üblicherweise als Synonym für Molmasse verwendet, insbesondere für molekulare Verbindungen; Die maßgeblichsten Quellen definieren sie jedoch anders (siehe Molekulare Masse).

Das Formelgewicht ist ein Synonym für Molmasse, das häufig für nicht molekulare Verbindungen verwendet wird, wie z. Ionensalze.

Die Molmasse ist eine intensive Eigenschaft der Substanz hängt nicht von der Größe der Probe ab. In dem Internationales System der Einheiten (Si) die kohärente Einheit von Molmasse ist kg/Mol. Aus historischen Gründen werden Molmassen jedoch fast immer in ausgedrückt g/mol.

Der Mol wurde so definiert, dass die Molmasse einer Verbindung in g/mol (für alle praktischen Zwecke) der durchschnittlichen Masse eines Moleküls numerisch gleich ist, in Daltons. Somit zum Beispiel die durchschnittliche Masse eines Moleküls von Wasser ist ca. 18.0153 Daltons und die Molmasse des Wassers beträgt ca. 18.0153 g/mol.

Für chemische Elemente ohne isolierte Moleküle, wie z. Kohlenstoff und Metalle, die Molmasse wird stattdessen durch die Anzahl der Mol von Atomen berechnet. Somit zum Beispiel die Molmasse von Eisen ist ungefähr 55,845 g/mol.

Seit 1971 definierte SI die "Substanzmenge" als separate Dimension der Messung. Bis 2019 wurde der Maulwurf als die Menge an Substanz definiert, die so viele Bestandteile hat wie Atome in 12 Gramm Kohlenstoff-12. Während dieser Zeit war die Molmasse von Carbon-12 also exakt 12 g/mol, per Definition. Seit 2019 wurde im SI ein Mol einer Substanz neu definiert, als die Menge dieser Substanz, die eine genau definierte Anzahl von Partikeln enthielt. 6.02214076×1023. Die Molmasse einer Verbindung in g/mol ist gleich der Masse dieser Anzahl von Molekülen der Verbindung in G.

Molmassen von Elementen

Die Molmasse von Atome von einem Element wird durch die relative Atommasse des Elements gegeben, multipliziert mit dem Molmassenkonstante, Mu=0,99999999965(30)×10–3kg · mol–1.[2] Für normale Proben von der Erde mit typischer Isotopenzusammensetzung kann das Atomgewicht durch das Standard -Atomgewicht angenähert werden[3] oder das herkömmliche Atomgewicht.

M(H) = 1.00797(7)× Mu= 1.00797(7) g/mol
M(S) = 32.065 (5)× Mu= 32.065 (5) g/mol
M(Cl) = 35,453 (2)× Mu= 35,453 (2) g/mol
M(Fe) = 55,845 (2)× Mu= 55,845 (2) g/mol.

Multiplizieren mit der Molmassenkonstante stellt sicher, dass die Berechnung ist dimensional RICHTIG: Standard -relative Atommassen sind dimensionslose Größen (d. H. Reine Zahlen), während Molmassen Einheiten aufweisen (in diesem Fall Gramm pro Mole).

Einige Elemente werden normalerweise als angetroffen Moleküle, z.B. Wasserstoff (H
2
), Schwefel (S
8
), Chlor (Cl
2
). Die Molmasse der Moleküle dieser Elemente ist die Molmasse der Atome multipliziert mit der Anzahl der Atome in jedem Molekül:

M(H
2
) = 2 × 1,007 97 (7) × Mu= 2.01588(14) g/mol
M(S
8
) = 8 × 32,065 (5) × Mu= 256,52 (4) g/mol
M(Cl
2
) = 2 × 35,453 (2) × Mu= 70,906 (4) g/mol.

Molmassen von Verbindungen

Die Molmasse von a Verbindung wird durch die Summe der gegeben Relative Atommasse A
r
des Atome die die Verbindung bilden, multipliziert mit dem Molmassenkonstante M
u
:

Hier, M
r
ist die relative Molmasse, auch als Formelgewicht bezeichnet. Für normale Proben von der Erde mit typischer Isotopenzusammensetzung die Standard Atomgewicht oder das herkömmliche Atomgewicht kann als Annäherung der relativen Atommasse der Probe verwendet werden. Beispiele sind:

M(NaCl) = [22.98976928(2) + 35,453 (2)] × 1.000000g/mol= 58,443 (2) g/mol
M(C
12
H
22
O
11
) = ([12 × 12.0107 (8)]+ [22 × 1.00794(7)]+ [11 × 15.9994 (3)]) × 1.000000g/mol= 342.297 (14) g/mol.

Eine durchschnittliche Molmasse kann für Gemische von Verbindungen definiert werden.[1] Dies ist besonders wichtig in Polymerwissenschaft, wo verschiedene Polymermoleküle unterschiedliche Anzahl von enthalten können Monomer Einheiten (ungleichmäßige Polymere).[4][5]

Durchschnittliche Molmasse von Gemischen

Die durchschnittliche Molmasse von Gemischen kann aus dem berechnet werden Maulwurfsbrüche der Komponenten und ihrer Molmassen :

Es kann auch aus dem berechnet werden Massenbrüche der Komponenten:

Beispielsweise beträgt die durchschnittliche Molmasse der trockenen Luft 28,97 g/mol.[6]

Verwandte Mengen

Die Molmasse ist eng mit dem verwandt Relative Molmasse (M
r
) einer Verbindung zum älteren Begriff Formelgewicht (F.W.) und an die Standardatommassen seiner Bestandteile. Es sollte jedoch von der unterschieden werden molekulare Masse (was verwirrend ist Auch manchmal als Molekulargewicht bezeichnet), das ist die Masse von eines Molekül (von jedem Single Isotopenzusammensetzung) und steht nicht direkt mit dem zusammen Atommassedie Masse von eines Atom (von jedem Single Isotop). Das Dalton, Symbol DA, wird manchmal auch als Molmasseeinheit verwendet, insbesondere in Biochemie, mit der Definition 1 da = 1 g/mol, trotz der Tatsache, dass es sich ausschließlich um eine Masseneinheit handelt (1 da = 1 u = 1.66053906660(50)×10–27kgab 2018 empfohlene Werte).

Gramm Atommasse ist ein weiterer Begriff für die Masse in Gramm eines Maulwurfs von Atomen dieses Elements. "Gram Atom" ist ein früherer Begriff für einen Maulwurf.

Molekulargewicht (M.W.) ist ein älterer Begriff für das, was jetzt korrekter genannt wird Relative Molmasse (M
r
).[7] Das ist ein dimensionlos Größe (d. H. Eine reine Zahl ohne Einheiten) gleich der Molmasse geteilt durch die Molmassenkonstante.[8]

Molekulare Masse

Die molekulare Masse (m) ist die Masse eines bestimmten Moleküls: Es wird normalerweise in gemessen Daltons (Da oder u).[9] Verschiedene Moleküle derselben Verbindung können unterschiedliche Molekularmassen haben, da sie unterschiedlich enthalten Isotope eines Elements. Dies unterscheidet sich jedoch mit der Molmasse, was ein Maß für die durchschnittliche Molekülmasse aller Moleküle in einer Probe ist und normalerweise das geeignetere Maß bei makroskopischem (wasserbetbarem) Substanzmengen ist.

Molekülmassen werden aus dem berechnet Atommassen von jedem Nuklid, während Molmassen aus dem berechnet werden Standard Atomgewichte[10] von jedem Element. Das Standard -Atomgewicht berücksichtigt das Isotopenverteilung des Elements in einer bestimmten Probe (normalerweise als "normal" angenommen). Zum Beispiel, Wasser hat eine Molmasse von 18.0153 (3) g/mol, aber einzelne Wassermoleküle haben molekulare Massen, die zwischen zwischen dem Bereich liegen 18.0105646863(15) da (1H
2
16O) und 22.0277364(9) da (2H
2
18Ö).

Die Unterscheidung zwischen Molmasse und Molekularmasse ist wichtig, da relative Molekularmassen direkt an gemessen werden können Massenspektrometeroft zu einer Präzision von wenigen Teile pro Million. Dies ist genau genug, um die direkt zu bestimmen chemische Formel eines Moleküls.[11]

DNA -Syntheseverbrauch

Der Begriff Formelgewicht (F.W.) hat eine spezifische Bedeutung, wenn sie im Kontext der DNA -Synthese verwendet wird: während ein Individuum Phosphoramidit Nucleobase zu einem DNA -Polymer hat Schutzgruppen und hat seine Molekulargewicht Zitiert einschließlich dieser Gruppen, wird die Menge an Molekulargewicht, die letztendlich von dieser Nucleobase zu einem DNA -Polymer hinzugefügt wird Formelgewicht (d. H. Das Molekulargewicht dieser Nucleobase innerhalb des DNA -Polymers abzüglich des Schutzes Gruppen).

Präzision und Unsicherheiten

Die Präzision, zu der eine Molmasse bekannt ist Atommassen aus dem es berechnet wurde und der Wert der Molmassenkonstante. Die meisten Atommassen sind einer Präzision von mindestens einem Teil in zehntausend bekannt, oft viel besser[3] (die Atommasse von Lithium ist ein bemerkenswertes und ernstes,[12] Ausnahme). Dies ist für fast alle normalen Verwendungen in der Chemie angemessen: es ist genauer als die meisten anderen Chemische Analysenund übersteigt die Reinheit der meisten Laborreagenzien.

Die Präzision von Atommassen und damit von Molmassen ist durch das Wissen der Kenntnisse begrenzt Isotopenverteilung des Elements. Wenn ein genauerer Wert der Molmasse erforderlich ist, muss die Isotopenverteilung der betreffenden Stichprobe bestimmen, die sich von der Standardverteilung unterscheidet, die zur Berechnung der Standardatommasse verwendet wird. Die Isotopenverteilungen der verschiedenen Elemente in einer Stichprobe sind nicht unbedingt unabhängig voneinander: Zum Beispiel eine Stichprobe, die gewesen ist destilliert wird sein angereichert im leichter Isotope Von allen vorhandenen Elementen. Dies kompliziert die Berechnung der Standardunsicherheit in der Molmasse.

Eine nützliche Konvention für normale Laborarbeiten besteht darin, Molmassen an zwei zu zitieren Nachkommastellen Für alle Berechnungen. Dies ist genauer als normalerweise erforderlich, vermeidet es jedoch Rundungsfehler Während der Berechnungen. Wenn die Molmasse größer als 1000 g/mol ist, ist es selten angemessen, mehr als einen Dezimalplatz zu verwenden. Diese Konventionen werden in den meisten tabellarischen Werten von Molmassen befolgt.[13][14]

Messung

Molmassen werden fast nie direkt gemessen. Sie können aus Standardatommassen berechnet werden und werden häufig in chemischen Katalogen und auf aufgeführt Sicherheitsdatenblätter (SDS). Molmassen variieren typischerweise zwischen:

1–238 g/mol für Atome natürlich vorkommender Elemente;
10–1000 g/mol zum einfache chemische Verbindungen;
1000–5000000g/mol zum Polymere, Proteine, DNA Fragmente usw.

Während Molmassen in der Praxis fast immer aus Atomgewichten berechnet werden, können sie auch in bestimmten Fällen gemessen werden. Solche Messungen sind viel weniger präzise als modern Massenspektrometrie Messungen von Atomgewichten und molekularen Massen und sind größtenteils von historischem Interesse. Alle Verfahren stützen sich auf kolligative Eigenschaftenund alle Dissoziation der Verbindung muss berücksichtigt werden.

Dampfdichte

Die Messung der Molmasse durch Dampfdichte beruht auf dem Prinzip Amedeo Avogadro, dass gleiche Mengen von Gasen unter identischen Bedingungen die gleiche Anzahl von Partikeln enthalten. Dieses Prinzip ist in der enthalten Ideale Gasgleichung:

wo n ist der Menge der Substanz. Die Dampfdichte (ρ) wird gegeben durch

Die Kombination dieser beiden Gleichungen ergibt eine Expression für die Molmasse in Bezug auf die Dampfdichte für bekannte Bedingungen Druck und Temperatur:

Gefrierpunkterniedrigung

Das Gefrierpunkt von a Lösung ist niedriger als die des Reinen Lösungsmittelund die Gefrierpunkt-Depression (ΔT) ist direkt proportional zur Menge Konzentration für verdünnte Lösungen. Wenn die Komposition als ausgedrückt wird Molalität, Die Verhältnismäßigkeitskonstante ist als die bekannt kryoskopische Konstante (K
f
) und ist charakteristisch für jedes Lösungsmittel. Wenn w repräsentiert die Massenanteil des gelöst in Lösung und unter der Annahme einer Dissoziation des gelösten Stoffes ist die Molmasse gegeben durch

Erhöhung der Kochpunkt

Das Siedepunkt von a Lösung eines involatilen gelöst ist höher als die des Reinen Lösungsmittelund die Siedepunkthöhe (ΔT) ist direkt proportional zur Menge Konzentration für verdünnte Lösungen. Wenn die Komposition als ausgedrückt wird Molalität, Die Verhältnismäßigkeitskonstante ist als die bekannt Ebullioskopische Konstante (K
b
) und ist charakteristisch für jedes Lösungsmittel. Wenn w repräsentiert die Massenanteil des gelösten Stoffes in Lösung und unter der Annahme einer Dissoziation des gelösten Stoff

Siehe auch

Verweise

  1. ^ a b Internationale Union der reinen und angewandten Chemie (1993). Mengen, Einheiten und Symbole in der physikalischen Chemie, 2. Auflage, Oxford: Blackwell Science. ISBN0-632-03583-8. p. 41. Elektronische Version.
  2. ^ "2018 Codata -Wert: Molmassenkonstante". Die NIST -Bezugnahme auf Konstanten, Einheiten und Unsicherheit. NIST. 20. Mai 2019. Abgerufen 2019-05-20.
  3. ^ a b Wieser, M. E. (2006), "Atomgewichte der Elemente 2005" (PDF), Reine und angewandte Chemie, 78 (11): 2051–66, doi:10.1351/pac200678112051
  4. ^ "Internationale Union der reinen und angewandten Chemie, Kommission für makromolekulare Nomenklatur, Hinweis zur Terminologie für Molmassen in der Polymerwissenschaft". Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition. 22 (1): 57. 1984. Bibcode:1984jposl..22 ... 57.. doi:10.1002/pol.1984.130220116.
  5. ^ Metanomski, W. V. (1991). Kompendium der makromolekularen Nomenklatur. Oxford: Blackwell Science. S. 47–73. ISBN 0-632-02847-5.
  6. ^ Die Engineering Toolbox Molekularmasse von Luft
  7. ^ IUPAC, Kompendium der chemischen Terminologie, 2. Aufl. (Das "Goldbuch") (1997). Online -korrigierte Version: (2006–) "Relative Molmasse". doi:10.1351/goldbook.r05270
  8. ^ Die technische Definition ist, dass die relative Molmasse die Molmasse ist, die auf einer Skala gemessen wird, in der die Molmasse ungebunden ist Kohlenstoff 12 Atome in Ruhe und in ihrem elektronischen Grundzustand ist 12. Die hier angegebene einfachere Definition entspricht der vollständigen Definition aufgrund der Art und Weise, wie die Molmassenkonstante ist selbst definiert.
  9. ^ Internationales Büro für Gewichte und Maßnahmen (2006), Das internationale Einheitensystem (SI) (PDF) (8. Ausgabe), p. 126, ISBN 92-822-2213-6, archiviert (PDF) vom Original am 2021-06-04, abgerufen 2021-12-16
  10. ^ "Atomgewichte und Isotopenzusammensetzungen für alle Elemente". NIST. Abgerufen 2007-10-14.
  11. ^ "Richtlinien des Autors - Artikellayout". RSC Publishing. Abgerufen 2007-10-14.
  12. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie der Elemente (2. Aufl.). Butterworth-Heinemann. p. 21. ISBN 978-0-08-037941-8.
  13. ^ Siehe z. B., Weast, R. C., ed. (1972). Handbuch der Chemie und Physik (53. Aufl.). Cleveland, OH: Chemical Rubber Co.
  14. ^ POSOLO, Antonio; Van der Veen, Adriaan M. H.; Meija, Juris; Hibbert, D. Brynn (2018-01-04). "Interpretation und Propagierung der Unsicherheit der Standardatomgewichte (IUPAC -technischer Bericht)". Reine und angewandte Chemie. 90 (2): 395–424. doi:10.1515/PAC-2016-0402. S2CID 145931362.

Externe Links