V chemii je relativní hmotnost jednou z klíčových charakteristik atomů, molekul a dalších chemických sloučenin. Měření relativní hmotnosti umožňuje určit hmotnost částice nebo sloučeniny s ohledem na jednotku měření a porovnat jejich hmotnost mezi sebou. V tomto článku se podíváme na hlavní způsoby měření relativní hmotnosti v chemii a nejpoužívanější jednotky měření.
V chemii je běžné porovnávat hmotnosti atomů mezi sebou pomocí speciálního nástroje - hmotnostního spektrometru. Hmotnostní spektrometr umožňuje určit přesnou hmotnost atomu měřením jeho náboje a síly magnetického pole potřebné k jeho odletu na určitou vzdálenost. Poté lze na základě známých údajů o hmotnosti" referenčního "atomu vypočítat relativní hmotnost jiných atomů pomocí poměru jejich hmotnosti k hmotnosti" referenčního " atomu.
Existují také jednotky pro měření relativní hmotnosti, které jsou standardní v chemické vědě. Jednou z takových jednotek je atomová hmotnostní jednotka (a.m.u.) nebo Dalton (D). Atomová hmotnostní jednotka se rovná jedné dvanáctině hmotnosti atomu uhlíku-12. To znamená, že hmotnost atomu uhlíku-12 je 12 atomových hmotnostních jednotek nebo daltonů. Ostatní atomy o hmotnosti 12 daltonů budou mít relativní hmotnost rovnající se jedné.
Co je relativní hmotnost v chemii a proč ji měřit
Měření relativní hmotnosti je důležitým postupem v chemii, protože umožňuje určit přesné množství látky v reakci. Při znalosti relativní hmotnosti látky je možné vypočítat její množství v molech, což zase umožňuje přesné chemické výpočty a určit poměr mezi různými látkami v reakcích.
Měření relativní hmotnosti se provádí pomocí speciálních zařízení nazývaných hmotnostní spektrometry. Umožňují určit relativní hmotnost každého atomu nebo molekuly měřením odchylky jejich trajektorie pod vlivem magnetického pole.
Relativní hmotnost v chemii má také důležité praktické uplatnění v praxi. Pomáhá určit stupeň čištění a koncentraci látek v průmyslových procesech, jako je výroba léků a chemických sloučenin, stejně jako ve výzkumu a analýze materiálů a biologických vzorků.
Způsoby měření relativní hmotnosti
Relativní hmotnost v chemii se měří pomocí různých metod, které jsou založeny na studiu fyzikálních a chemických vlastností látky. Níže jsou uvedeny hlavní způsoby měření relativní hmotnosti:
- Srovnání s vodou. K měření relativní hmotnosti lze použít metodu srovnání s vodou. K tomu se odebírá známý objem látky a měří se její hmotnost při známé teplotě a tlaku. Poté se porovnává hmotnost látky s hmotností stejného objemu vody měřenou za stejných podmínek. Poměr hmotnosti a objemu látky k hmotnosti a objemu vody umožňuje vypočítat relativní hmotnost látky.
- Použití chemických reakcí. Reakce se známým množstvím činidla, které se přemění na známé množství produktu, lze použít k měření relativní hmotnosti. Měřením hmotnosti reaktantů a reakčních produktů a znalostí jejich poměru v chemické rovnici lze vypočítat relativní hmotnost.
- Metoda analýzy spektra. Metoda analýzy spektrů umožňuje měřit atomovou a molekulární hmotnost látky na základě studia jejího optického spektra. Porovnáním charakteristik spektra se známými daty lze určit relativní hmotnost látky.
- Metody kvantitativní analýzy. Kvantitativní analýza, jako je gravimetrie a titrace, se používá k měření hmotnosti látky. Měřením hmotnosti přidaných činidel a výpočtem jejich poměru k látce lze určit jeho relativní hmotnost.
- Metody fyzikálních vlastností látky. K měření jeho relativní hmotnosti lze použít některé fyzikální vlastnosti látky, jako je hustota, viskozita a bod tání. Měřením těchto vlastností a jejich porovnáním se známými daty lze vypočítat relativní hmotnost.
Použití různých způsobů měření relativní hmotnosti umožňuje chemikům získat přesné a spolehlivé údaje o složení a vlastnostech látky, což je důležité v chemickém výzkumu a praktické aplikaci.
Gravimetrická metoda
Při gravimetrické metodě se relativní hmotnost látky určuje srážením látky z roztoku nebo plynné fáze na základě její rozpustnosti nebo reakcí tvorby pevných sloučenin. Hmotnost sedimentu se pak měří pomocí gravimetrických přístrojů, jako jsou například analytické váhy.
Zvláštností gravimetrické metody je její vysoká přesnost a přesnost. Hmotnost sedimentu je určena s vysokou přesností, díky čemuž je tato metoda zvláště užitečná pro analýzu nízko koncentrovaných látek. Kromě toho je gravimetrická metoda nedestruktivní, protože během procesu analýzy je zachována veškerá hmota látky a lze ji použít k následnému měření nebo analýze.
Údaje získané gravimetrickou metodou lze vyjádřit v různých měrných jednotkách, v závislosti na účelu studie nebo požadavcích použitých standardů. Nejběžnějšími jednotkami měření hmotnosti v gravimetrické metodě jsou gramy (g) a miligramy (mg).
| Měrná jednotka | Označení | Vztah |
|---|---|---|
| Gram | h | 1 g = 1000 mg |
| Miligram | mg | 1 mg = 0.001 g |
Gravimetrická metoda je široce používána v různých oblastech chemické analýzy, včetně analýzy potravin, vody, půdy, léčiv a mnoha dalších. Díky své vysoké přesnosti a spolehlivosti zůstává gravimetrická metoda nepostradatelným nástrojem pro určení relativní hmotnosti látky.
Voltamperometrická metoda
Tato metoda používá voltamperometr-přístroj určený k měření proudu a napětí. Pro měření voltamperometrickou metodou je nutné připojit látku k voltamperometru a provést měření proudu a napětí.
Měření se provádějí při konstantních hodnotách proudu a napětí, což umožňuje přesné výsledky. Hodnoty proudu a napětí se pak používají k výpočtu relativní hmotnosti látky.
Voltamperometrická metoda je široce používána v chemickém výzkumu, v analytické chemii a v procesech kontroly kvality látek. Umožňuje získat přesné a spolehlivé výsledky měření relativní hmotnosti.
- Výhody voltamperometrické metody:
- Přesné výsledky měření
- Snadné použití
- Možnost měření v širokém rozsahu proudů a napětí
Jednotky relativní hmotnosti
MOL (mol) je měrná jednotka používaná k vyjádření množství látky. Jeden mol látky obsahuje tolik částic (atomů, iontů nebo molekul), kolik atomů obsahuje 12 gramů uhlíku-12. Mol je základní měrnou jednotkou v chemii a používá se k výpočtu relativní molekulární hmotnosti a relativní atomové hmotnosti látky.
Atomová hmotnostní jednotka (AMU) je hmotnost jedné dvanáctiny hmotnosti atomu uhlíku - 12. AMU je velmi malá měrná jednotka a používá se k vyjádření hmotnosti atomů, iontů nebo molekul. Například hmotnost jednoho atomu vodíku je asi 1,008 AMU, zatímco hmotnost jedné molekuly vody je asi 18,015 AMU.
K provádění přesných výpočtů a měření se v chemii používají přesnější hodnoty hmotnosti částic v jednotkách hmotnosti zaznamenané v tabulce prvků Mendělejeva.
| Veličina | Znak | Příklad |
|---|---|---|
| Moli | mol | 1 mol látky = 6,022 x 10^23 částic |
| Atomová hmotnostní jednotka | AMU | Hmotnost jedné dvanáctiny hmotnosti atomu uhlíku-12 |
Studium a použití těchto měrných jednotek umožňuje chemikům provádět přesné výpočty, měření a analýzy chemických reakcí a látek.
Atomová hmotnostní jednotka
AME je základní jednotkou pro měření hmotnosti v chemických výpočtech. Umožňuje zohlednit rozdíly v hmotnosti atomů prvků a použít je k určení molekulární a atomové hmotnosti sloučenin.
Použití AME umožňuje nastavit relativní poměr hmotnosti různých atomů a molekul. Například hmotnost atomu kyslíku je 16krát větší než hmotnost atomu vodíku, protože hmotnost atomu kyslíku je přibližně 16 ame a hmotnost atomu vodíku je přibližně 1 AME.
AME se také používá k výpočtu molekulové hmotnosti sloučenin. Molekulová hmotnost je vyjádřena v atomových hmotnostních jednotkách a rovná se součtu hmotností atomů, které tvoří molekulu. Například molekulová hmotnost vody (H2O) se rovná přibližně 18 AME (2 hmotnosti atomu vodíku + 1 hmotnost atomu kyslíku).
Příklad:
Pro získání molekulové hmotnosti Aminu C2H5NH2 je třeba sčítat jednotlivé atomové hmotnosti atomů uhlíku, vodíku a dusíku:
Molekulová hmotnost = (2 hmotnosti atomu uhlíku + 5 hmotností atomu vodíku + 1 hmotnost atomu dusíku) = (2 x 12 AME + 5 x 1 AME + 14 AME) = 29 AME.
Použití atomových hmotnostních jednotek usnadňuje chemické výpočty a umožňuje porovnávat hmotnosti různých atomů a molekul pro přesnější studium chemických reakcí a složení látek.
Gramová molární hmotnost
V chemii se pro měření relativní hmotnosti používá také pojem gramové molární hmotnosti. Gramová molární hmotnost (M) je hmotnost jednoho molu látky. Je to důležitý pojem, protože umožňuje výpočty a stanovení proporcí mezi reakčními činidly a reakčními produkty.
Gramová molární hmotnost se obvykle měří v gramech na mol (g/mol). Pro snadné výpočty a srovnání různých látek lze gramovou molární hmotnost představit také v atomových jednotkách hmotnosti - AMU (u) nebo Dalton (Da).
Chcete-li vypočítat gramovou molární hmotnost, musíte složit atomové hmotnosti všech atomů, které tvoří molekulu látky, s ohledem na jejich množství (jak je uvedeno v chemickém vzorci). Tato hodnota udává, kolik gramů je obsaženo v jednom molu dané látky.
Příklad: molární hmotnost vody (H₂O) je 18,015 g/mol (nebo 18,015 Da). To znamená, že jeden mol vody obsahuje 18,015 gramů.
Molární faktor látky
Molární faktor látky se obvykle měří v jednotkách g / mol. Představuje poměr hmotnosti látky k množství látky v molech. Například molární hmotnost vody je asi 18 g / mol, což znamená, že 1 mol vody má hmotnost kolem 18 g.
Molární koeficient látky má velký význam v chemických výpočtech. Umožňuje určit množství látky potřebné k provedení reakce. Kromě toho lze molární koeficient látky použít k určení stechiometrických poměrů mezi různými látkami v chemické reakci.
Pro výpočet pomocí molárního koeficientu látky je nutné znát molární hmotnost látky. Lze ji určit složením atomových hmot všech atomů, které tvoří molekulu látky. Poté pomocí molární hmoty a množství látky v molech lze provést potřebné výpočty a určit parametry, jako je hmotnost látky a počet molekul látky.