Moláris tömeg

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A moláris tömeg az intenzív mennyiségek közé tartozik. A kémiában általában egy adott kémiai elemből vagy vegyületből álló „minta” tömegének és anyagmennyiségének hányadosaként gondolnak rá, de pl. elektronokra és keverékekre is általánosítható. Jele: M, mértékegysége: kg/mol, de a kémiai gyakorlatban leginkább a g/mol egységet használják, mert ennek számértéke jól közelíti a Dalton által bevezetett atomsúlyt. A mértékegység elárulja, hogy a moláris tömeg valójában nem tömeg (mely extenzív mennyiség), ezért tulajdonképpen nem helyes az a definíció, miszerint egy mólnyi kémiai elem vagy vegyület tömegét jelentené, noha a kettő számértéke azonos. A moláris tömeg jele után indexben vagy zárójelben mindig meg kell adni annak a legkisebb alkotóegységnek (atom, molekula, ion, gyök stb.) vegyjelét vagy képletét, esetleg nevét, amely meghatározza az illető anyagfajtát.

Relatív atomtömeg, relatív molekulatömeg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jele: Ar és Mr

Mértékegység: 1 (egy), ez a kg/kg-ból származik

Egy kémiai elem relatív atomtömege, ill. egy vegyület relatív molekulatömege az adott elem átlagos atomtömegének, ill. a vegyület molekulatömegének és az u egységes atomi tömegegységnek a hányadosa. Az egységes atomi tömegegységet (mely a 12C szénizotóp egyetlen atomjának tömege osztva az izotóp 12-es tömegszámával; 1 u = 1 Da = 1,660 54·10−27) sokan a IUPAC és a IUPAP ajánlásával ellentétben még ma is amu-nak (ill. magyarul ATE-nek) jelölik, noha ez az elavult jelölés még arra az időre nyúlik vissza, amikor a fizikusok és a vegyészek nem pontosan ugyanazt értették alatta, ezért a számértékek kissé függtek attól, hogy ki, melyik definíciót használta. Azt viszont pontosan lehet tudni, hogy a daltonnak (Da) is nevezett egységes atomi tömegegység (u) mindenki számára ugyanazt jelenti. E definíció alapján minden relatív atom- és molekulatömeg dimenziómentes szám.

A relatív atomtömeg fogalmát nemcsak elemekre, hanem azok egyes izotópjaira (ill. általában nuklidokra) is használják, csak akkor nincs szükség átlagolásra, mert minden atom tömege azonos. Az u egység megválasztásával a 12C szénizotóp relatív atomtömege természetesen pontosan 12-nek adódik, amennyinek Mengyelejev a szén Dalton-féle atomsúlyát (vagy egy másik elavult kifejezéssel élve: grammatomsúlynyi mennyiségét) gondolta. Nagyjából egész szám a többi elem egyes izotópjainak relatív atomtömege is, de nem pontosan, hiszen a csillagokban zajló magfúziót – mely közönséges hidrogénből (1H) héliumot (4He) termel a Napban, a nehezebb csillagokban pedig a héliummagokat közönséges szénné (12C) egyesíti és így tovább egészen a vasig – éppen a tömeg relatív (egy nukleonra eső) csökkenése „hajtja”. Például a természetes hidrogén zömét kitevő 1H izotóp atomtömege 1,00783 u (más szóval Ar = 1,00783). Ez 12 db 1H atomra ~12,09 u-t tesz ki, ami csaknem 1%-kal nagyobb a 12C atomtömegénél. (1% tömegkülönbség kicsi ugyan, de az mc2 energia-egyenértéke nagyon nagy, amit a Nap és a csillagok melege is szemléltet.)

Számos kémiai elem izotópok elegyeként fordul elő a természetben, s egy elem relatív atomtömegének kiszámításánál az adott elem természetes izotópjainak előfordulási gyakoriságát is figyelembe veszik (gyakoriságokkal súlyozott átlag). Például a hidrogén relatív atomtömege megközelítőleg 1,00794, mert a természetben a hidrogén izotópok elegyeként található, azaz kis koncentrációban stabil deutérium (2H: Ar = 2,0136) és rövid (12,32 év) felezési idejű radioaktív trícium is előfordul. (Az utóbbi kozmikus sugárzás hatására termelődik újra folyamatosan a légköri nitrogénből (14N), mely gyors neutronokkal bombázva 12C szénizotóppá és 3H tríciummá esik szét.)

A molekulák is természetes izotópelegy formájában tartalmazzák az elemeket, ezért a vegyületek relatív molekulatömegei is súlyozott átlagértékek. (Kivéve a speciálisan készített izotópjelzett vegyületeket.)

Moláris tömeg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jele: A és M

Mértékegysége: kg/mol, gyakrabban g/mol

A moláris tömeg általánosított értelemben bármilyen anyagféleségre (atom, ion, molekula, elektron stb.) vonatkoztatható. Ha valamely részecskéből 6,022·1023 darabot (Avogadro-szám), azaz egy mólnyit tekintünk, akkor ezek összes tömege 1 móllal osztva éppen az illető anyag moláris tömegét adja.

Átlagos moláris tömeg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jele: M (rendszerint indexbe írjuk az anyag nevét)

Mértékegysége: kg/mol, gyakrabban g/mol

Az összetett anyagi rendszerek számos tulajdonsága függ az anyagmennyiségtől és a benne lévő komponensek moláris tömegétől. Mivel a moláris tömeg intenzív fizikai mennyiség, a két- vagy a többkomponensű rendszerekben a moláris tömeg kiszámítása nem additív módon, hanem a móltörtekkel való súlyozással történik. Például a levegő moláris tömege a táblázat adatai alapján, ha csak a négy legnagyobb arányban előforduló komponenst vesszük figyelembe:

Mlevegő = 0,781·28,013 g/mol + 0,209·31,999 g/mol + 0,009·39,948 g/mol + 0,0003·44,010 g/mol = 28,96 g/mol

Szabványos SI mértékegységben: Mlevegő = 0,028 96 kg/mol

A levegő összetétele[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Komponens Térfogattört százalékban tömegtört Móltört, x Moláris tömeg, g/mol
N2 78,095 0,755 0,780 95 28,0134
O2 20,939 0,232 0,209 39 31,9988
Ar 0,933 0,0128 0,009 33 39,9481
CO2 0,003 0,000 46 0,000 03 44,0095

Hasonlóan számítható más többkomponensű rendszer átlagos moláris tömege is. Például a polimerek különböző lánchosszúságú molekulákból állnak, a polimerizáció mértékétől függően. Ennek jellemzésére is – többek között – az átlagos moláris tömeget használják.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]