كيفية العثور على الجزء الكتلي من مادة في الكيمياء. الجزء الكتلي من العنصر الكيميائي في مادة معقدة. إيجاد نسبة كتلة الملح في المحلول

في الوقت الحالي، هناك حوالي 120 عنصرًا كيميائيًا مختلفًا معروفًا، لا يمكن العثور على أكثر من 90 منها في الطبيعة. إن تنوع المواد الكيميائية المختلفة من حولنا أكبر بشكل غير متناسب من هذا العدد.
ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المواد الكيميائية نادرًا ما تتكون من ذرات فردية غير مرتبطة بالعناصر الكيميائية. في الظروف العادية، عدد قليل فقط من الغازات التي تسمى الغازات النبيلة لها هذا التركيب - الهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون. في أغلب الأحيان، لا تتكون المواد الكيميائية من ذرات معزولة، بل من مجموعاتها في مجموعات مختلفة.
أي أن ذرات معظم العناصر الكيميائية قادرة على الارتباط مع بعضها البعض. في أغلب الأحيان، ينتج عن هذا جزيئات - جسيمات عبارة عن مجموعات من ذرتين أو أكثر. على سبيل المثال، تتكون المادة الكيميائية الهيدروجين من جزيئات الهيدروجين، والتي تتكون من ذرات على النحو التالي:

الشكل 3. تكوين جزيء الهيدروجين

يمكن لذرات العناصر الكيميائية المختلفة أيضًا أن تشكل روابط مع بعضها البعض، على سبيل المثال، عندما تتفاعل ذرة الأكسجين مع ذرتي هيدروجين، يتكون جزيء الماء:

الشكل 4. تكوين جزيء الماء

وبما أنه من غير المناسب رسم ذرات العناصر الكيميائية وتسميتها في كل مرة، فقد تم اختراع الصيغ الكيميائية لتعكس تكوين الجزيئات. لذلك، على سبيل المثال، يتم كتابة صيغة الهيدروجين الجزيئي كـ H 2، حيث الرقم 2، المكتوب بالخط السفلي على يمين رمز ذرة الهيدروجين، يعني عدد ذرات هذا النوع في الجزيء. وبالتالي، يمكن كتابة صيغة الماء كـ H 2 O. الوحدة التي يجب أن تشير إلى عدد ذرات الأكسجين في الجزيء، وفقًا للقواعد المقبولة في الكيمياء، غير مكتوبة. تسمى الأرقام التي تشير إلى عدد الذرات في جزيء واحد بالمؤشرات.
دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة الأخرى على الصيغ الكيميائية للمواد. وهكذا فإن صيغة الأمونيا تكتب بالصيغة NH 3، مما يدل على أن كل جزيء أمونيا يتكون من ذرة نيتروجين واحدة وثلاث ذرات هيدروجين.
غالبًا ما تكون هناك جزيئات يمكن فيها حساب عدة مجموعات متطابقة من الذرات. على سبيل المثال، من صيغة كبريتات الألومنيوم Al 2 (SO 4) 3، يمكننا أن نستنتج أن جزيء هذه المادة يحتوي على مجموعتين من ذرات SO 4.
وبالتالي، فإن الصيغ الكيميائية للمواد تميز بشكل لا لبس فيه تركيبها النوعي والكمي.
من كل ما سبق، فإن قانون ثبات تكوين المادة، الذي أنشأه العالم الفرنسي جوزيف لويس بروست عام 1808، يتبع منطقيا، ويبدو كما يلي:

أي مادة كيميائية نقية لها تركيب نوعي وكمي ثابت، بغض النظر عن طريقة الحصول على هذه المادة.

وبما أن أي مادة كيميائية هي عبارة عن مجموعة من الجزيئات ذات التركيب نفسه، فإن ذلك يؤدي إلى أن النسب بين ذرات العناصر الكيميائية في أي جزء من المادة هي نفسها الموجودة في جزيء واحد من هذه المادة. تعتمد جميع الاختلافات في الخواص الكيميائية للمواد على التركيب الكمي والنوعي للجزيئات، بالإضافة إلى ترتيب الروابط بين الذرات، إن أمكن.
وهكذا يمكننا أن نعطي التعريف التالي لمصطلح الجزيء:

الجزيء هو أصغر جسيم في المادة الكيميائية التي لها خواصها الكيميائية.

على غرار الكتلة الذرية النسبية، هناك أيضًا ما يسمى بالكتلة الجزيئية النسبية السيد:

الكتلة الجزيئية النسبية (M r) لمادة ما هي نسبة كتلة جزيء واحد من هذه المادة إلى واحد على اثني عشر من كتلة ذرة كربون واحدة (وحدة كتلة ذرية واحدة).

ومن ثم فمن الواضح أن الكتلة الجزيئية النسبية هي مجموع الكتل الذرية النسبية للعناصر، وكل منها مضروب في عدد ذرات ذلك النوع المعين في الجزيء الواحد. لذلك، على سبيل المثال، يتكون الوزن الجزيئي النسبي لجزيء حمض النيتريك HNO 3 من الكتلة الذرية النسبية للهيدروجين، والكتلة الذرية النسبية للنيتروجين وثلاث كتل ذرية نسبية للأكسجين:

لوصف التركيب النوعي والكمي لمادة ما، يتم استخدام مفهوم الكسر الكتلي للعنصر الكيميائي ث (X).

1. املأ الفجوات في الجمل.

أ) في الرياضيات، "الحصة" هي علاقة الجزء بالكل. لحساب الكسر الكتلي لعنصر ما، عليك ضرب كتلته الذرية النسبية بعدد ذرات هذا العنصر في الصيغة وتقسيمها على الكتلة الجزيئية النسبية للمادة.

ب) مجموع الكسور الكتلية لجميع العناصر التي تتكون منها المادة يساوي 1 أو 100%.

2. اكتب الصيغ الرياضية لإيجاد الكسور الكتلية للعناصر إذا:

أ) صيغة المادة - P 2 O 5, M r = 2*31+5*16=142
ث(ع) = 2*31/132 *100% = 44%
ث(O) = 5*16/142*100% = 56% أو ث(O) = 100-44=56.

ب) صيغة المادة - A x B y
w(A) = Ar(A)*x/السيد(AxBy) * 100%
w(B) = Ar(B)*y / السيد(AxBy) *100%

3. احسب الكسور الكتلية للعناصر:

أ) في الميثان (CH 4)

ب) في كربونات الصوديوم (Na2CO3)

4. قارن الكسور الكتلية للعناصر المشار إليها في المواد وضع إشارة<, >أو = :

5. في مركب السيليكون مع الهيدروجين، تكون نسبة كتلة السيليكون 87.5%، والهيدروجين 12.5%. الوزن الجزيئي النسبي للمادة هو 32. حدد صيغة هذا المركب.

6. تنعكس الكسور الكتلية للعناصر الموجودة في المركب في الرسم البياني:

حدد صيغة هذه المادة إذا علم أن وزنها الجزيئي النسبي هو 100.

7. الإيثيلين منشط طبيعي لنضج الثمار: فتراكمه في الثمار يسرع من نضجها. كلما بدأ تراكم الإيثيلين مبكرًا، كلما نضجت الثمار مبكرًا. لذلك، يتم استخدام الإيثيلين لتسريع نضج الثمار بشكل مصطنع. اشتق صيغة الإيثيلين إذا كان من المعروف أن الجزء الكتلي للكربون هو 85.7%، والجزء الكتلي للهيدروجين هو 14.3%. الوزن الجزيئي النسبي لهذه المادة هو 28.

8. اشتق الصيغة الكيميائية للمادة إذا علمت ذلك

أ) ث (الكالسيوم) = 36%، ث (الكلور) = 64%

ب) ث (نا) 29.1٪، ث (S) = 40.5٪، ث (O) = 30.4٪.

9. اللازورد له خصائص مضادة للميكروبات. في السابق، كان يستخدم لكي الثآليل. بتركيزات صغيرة يعمل كمضاد للالتهابات وقابض، ولكن يمكن أن يسبب الحروق. اشتق صيغة اللازورد إذا علم أنه يحتوي على 63.53% فضة، 8.24% نيتروجين، 28.23% أكسجين.

ما هو الكسر الشامل؟ على سبيل المثال، الكسر الكتلي للعنصر الكيميائي هو نسبة كتلة العنصر إلى كتلة المادة بأكملها. يمكن التعبير عن الكسر الكتلي كنسبة مئوية أو ككسر.

أين يمكن استخدام الكسر الشامل؟

وفيما يلي بعض الاتجاهات:

تحديد التركيب العنصري لمادة كيميائية معقدة

إيجاد كتلة العنصر من كتلة المادة المعقدة

لإجراء العمليات الحسابية، استخدم الكتلة المولية لآلة حاسبة المادة عبر الإنترنت مع البيانات الموسعة التي يمكن رؤيتها إذا كنت تستخدم طلب XMPP.

يصبح حساب المهام المشابهة لتلك المذكورة أعلاه أكثر بساطة وأكثر ملاءمة وأكثر دقة عند استخدام هذه الصفحة. الحديث عن الدقة. لسبب ما، يتم تقريب الكتل المولية للعناصر في الكتب المدرسية إلى قيم كاملة، وهو أمر مفيد جدًا لحل المشكلات المدرسية، على الرغم من أنه في الواقع يتم تعديل الكتل المولية لكل عنصر كيميائي بشكل دوري.

لا تسعى الآلة الحاسبة الخاصة بنا إلى إظهار دقة عالية (أعلى من 5 منازل عشرية)، على الرغم من عدم وجود أي شيء معقد في ذلك. في معظم الأحيان، تكون تلك الكتل الذرية للعناصر التي تستخدمها الآلة الحاسبة كافية لحل المهام الموكلة لتحديد الكسور الكتلية للعناصر

ولكن بالنسبة لأولئك الأطفال :) الذين تعتبر الدقة مهمة بالنسبة لهم، أود أن أوصي بالارتباط الأوزان الذرية والتركيبات النظائرية لجميع العناصروالذي يعرض جميع العناصر الكيميائية، وكتلها الذرية النسبية، وكذلك كتل جميع نظائر كل عنصر.

هذا كل ما أود أن أقوله. الآن سننظر في مشاكل محددة وكيفية حلها. لاحظ أنه على الرغم من كونها جميعها غير متجانسة، إلا أنها تعتمد بشكل أساسي على الكتلة المولية للمادة والأجزاء الكتلية للعناصر الموجودة في هذه المادة

في بداية خريف 2017 أضفت آلة حاسبة أخرى للكسور المولية للمادة وعدد الذرات مما سيساعد في حل المسائل المتعلقة بكتلة المادة النقية في المادة المعقدة وعدد المولات في المادة وفي كل عنصر، وكذلك عدد الذرات/الجزيئات الموجودة في المادة.

أمثلة

احسب الكسر الكتلي للعناصر الموجودة في كبريتات النحاس CuSO 4

الطلب بسيط للغاية، كل ما علينا فعله هو كتابة الصيغة والحصول على النتيجة التي ستكون إجابتنا

كما سبق أن قلنا، تحتوي الكتب المدرسية على معاني تقريبية إلى حد ما، لذلك لا تتفاجأ إذا رأيت إجابات الكتب الورقية النحاس = 40%، O = 40%، S = 20%.لنفترض أن هذه "آثار جانبية" لتبسيط المواد المدرسية للطلاب. بالنسبة للمشكلات الحقيقية، فإن إجابتنا (إجابة الروبوت) هي بطبيعة الحال أكثر دقة.

إذا كنا نتحدث عن ما يجب التعبير عنه بالأسهم وليس النسب المئوية، فإننا نقسم النسب المئوية لكل عنصر على 100 ونحصل على الإجابة بالأسهم.

ما هي كمية الصوديوم الموجودة في 10 طن من الكريولين Na3؟

دعنا ندخل صيغة الكريولين ونحصل على البيانات التالية

ومن البيانات التي تم الحصول عليها نرى أن 209.9412 كمية من المادة تحتوي على 68.96931 كمية من الصوديوم.

وسواء قمنا بقياسها بالجرام أو الكيلوجرام أو الأطنان، فلن يتغير شيء بالنسبة للنسبة.

الآن يبقى بناء مراسلة أخرى حيث لدينا 10 أطنان من المادة الأصلية وكمية غير معروفة من الصوديوم

وتبين أن هذه نسبة نموذجية. يمكنك، بالطبع، استخدام الروبوت لحساب النسب والنسب، ولكن هذه النسبة بسيطة جدًا لدرجة أننا سنفعلها يدويًا.

209.9412 هو إلى 10 (طن) لأن 68.96391 هو إلى رقم غير معروف.

وبالتالي فإن كمية الصوديوم (بالطن) في الكريولين ستكون 68.96391*10/209.9412=3.2849154906231 طن صوديوم.

مرة أخرى، بالنسبة للمدرسة، سيتعين عليك أحيانًا تقريب المحتوى الكتلي للعناصر الموجودة في مادة ما إلى رقم صحيح، لكن الإجابة في الواقع لا تختلف كثيرًا عن الإجابة السابقة

69*10/210=3.285714

الدقة وصولاً إلى المئات هي نفسها.

احسب كمية الأكسجين الموجودة في 50 طنًا من فوسفات الكالسيوم Ca3(PO4)2؟

الكسور الكتلية لمادة معينة هي كما يلي

نفس النسبة كما في المشكلة السابقة 310.18272 تنطبق على 50 (طن) وكذلك 127.9952 على الكمية المجهولة

الإجابة: يوجد 20.63 طنًا من الأكسجين في كتلة معينة من المادة.

إذا أضفنا علامة تعجب إلى الصيغة، والتي تخبرنا أن المشكلة لأغراض مدرسية (يتم استخدام التقريب التقريبي للكتل الذرية إلى أرقام صحيحة)، فسنحصل على الإجابة التالية.

حليسمى خليط متجانس من عنصرين أو أكثر.

تسمى المواد التي يتم خلطها لتكوين المحلول عناصر.

من بين مكونات الحل هناك المذاب، والتي قد تكون أكثر من واحد، و مذيب. على سبيل المثال، في حالة محلول السكر في الماء، يكون السكر هو المذاب والماء هو المذيب.

في بعض الأحيان يمكن تطبيق مفهوم المذيب بالتساوي على أي من المكونات. على سبيل المثال، ينطبق هذا على تلك المحاليل التي يتم الحصول عليها عن طريق خلط اثنين أو أكثر من السوائل القابلة للذوبان بشكل مثالي في بعضها البعض. لذلك، على وجه الخصوص، في محلول يتكون من الكحول والماء، يمكن أن يسمى كل من الكحول والماء مذيبًا. ومع ذلك، في أغلب الأحيان فيما يتعلق بالمحاليل المائية، يُطلق على المذيب تقليديًا اسم الماء، والمذاب هو المكون الثاني.

كخاصية كمية لتكوين الحل، فإن المفهوم الأكثر استخدامًا هو جزء الشاملالمواد في الحل. الكسر الكتلي للمادة هو نسبة كتلة هذه المادة إلى كتلة المحلول الذي تحتوي عليه:

أين ω (in-va) - الجزء الكتلي من المادة الموجودة في المحلول (g)، م(v-va) – كتلة المادة الموجودة في المحلول (g)، m(r-ra) – كتلة المحلول (g).

ويترتب على الصيغة (1) أن الكسر الكتلي يمكن أن يأخذ قيمًا من 0 إلى 1، أي أنه جزء من الوحدة. في هذا الصدد، يمكن أيضًا التعبير عن الكسر الكتلي كنسبة مئوية (%)، وبهذا التنسيق يظهر في جميع المشكلات تقريبًا. يتم حساب جزء الكتلة، معبرًا عنه كنسبة مئوية، باستخدام صيغة مشابهة للصيغة (1) مع الاختلاف الوحيد وهو أن نسبة كتلة المادة المذابة إلى كتلة المحلول بأكمله مضروبة في 100%:

بالنسبة لمحلول يتكون من مكونين فقط، يمكن حساب الجزء الكتلي من المذاب ω(s.v.) والجزء الكتلي من المذيب ω(المذيب) وفقًا لذلك.

ويسمى أيضًا الجزء الكتلي من المذاب تركيز المحلول.

بالنسبة للمحلول المكون من مكونين، كتلته هي مجموع كتلتي المذاب والمذيب:

أيضًا، في حالة المحلول المكون من مكونين، يكون مجموع أجزاء الكتلة من المذاب والمذيب دائمًا 100%:

من الواضح أنه بالإضافة إلى الصيغ المكتوبة أعلاه، يجب عليك أيضًا معرفة كل تلك الصيغ المشتقة منها رياضيًا بشكل مباشر. على سبيل المثال:

من الضروري أيضًا أن تتذكر الصيغة التي تربط كتلة المادة وحجمها وكثافتها:

م = ρ∙V

وعليك أيضًا أن تعرف أن كثافة الماء هي 1 جم/مل. ولهذا السبب، فإن حجم الماء بالملليلتر يساوي عدديًا كتلة الماء بالجرام. على سبيل المثال، 10 مل من الماء له كتلة 10 جم، 200 مل - 200 جم، إلخ.

من أجل حل المهام بنجاح، بالإضافة إلى معرفة الصيغ المذكورة أعلاه، من المهم للغاية جلب مهارات تطبيقها إلى الأتمتة. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا من خلال حل عدد كبير من المشكلات المختلفة. يمكن حل المشكلات الناتجة عن اختبارات الدولة الموحدة الحقيقية حول موضوع "الحسابات باستخدام مفهوم "الكسر الكتلي للمادة في المحلول"".

أمثلة على المشاكل التي تنطوي على حلول

مثال 1

احسب الكسر الكتلي لنترات البوتاسيوم في المحلول الناتج عن خلط 5 جم من الملح و20 جم من الماء.

حل:

المذاب في حالتنا هو نترات البوتاسيوم، والمذيب هو الماء. لذلك، يمكن كتابة الصيغتين (2) و (3) على التوالي على النحو التالي:

من الشرط m(KNO 3) = 5 g، وm(H 2 O) = 20 g، بالتالي:

مثال 2

ما كتلة الماء التي يجب إضافتها إلى 20 جم من الجلوكوز للحصول على محلول جلوكوز 10%؟

حل:

ويترتب على شروط المشكلة أن المذاب هو الجلوكوز والمذيب هو الماء. ومن ثم يمكن كتابة الصيغة (4) في حالتنا على النحو التالي:

من الحالة نعرف جزء الكتلة (تركيز) الجلوكوز وكتلة الجلوكوز نفسه. بعد أن حددنا كتلة الماء بـ x g، يمكننا أن نكتب، بناءً على الصيغة أعلاه، المعادلة التالية المكافئة لها:

وبحل هذه المعادلة نجد x:

أولئك. م(ح2س) = س ز = 180 جم

الجواب: م(ح2س) = 180 جم

مثال 3

تم خلط 150 جم من محلول كلوريد الصوديوم 15% مع 100 جم من محلول 20% من نفس الملح. ما هو الجزء الكتلي من الملح في المحلول الناتج؟ يرجى الإشارة إلى إجابتك لأقرب عدد صحيح.

حل:

لحل مشاكل تحضير الحلول من المناسب استخدام الجدول التالي:

حيث م ر.ف. ، م الحل و ω r.v. - قيم كتلة المادة المذابة وكتلة المحلول والكسر الكتلي للمادة المذابة على التوالي لكل حل من المحاليل.

ومن الشرط نعلم أن:

م (1) محلول = 150 جم،

ω (1) ر.ف. = 15%،

م (2) محلول = 100 جم،

ω (1) ر.ف. = 20%،

لندرج كل هذه القيم في الجدول فنحصل على:

يجب أن نتذكر الصيغ التالية اللازمة للحسابات:

ω r.v. = 100% ∙ م r.v. / م الحل، م r.v. = م الحل ∙ ω الحل /100% , م الحل = 100% ∙ م الحل /ω r.v.

لنبدأ بملء الجدول.

إذا كانت هناك قيمة واحدة فقط مفقودة من صف أو عمود، فيمكن حسابها. الاستثناء هو السطر مع ω r.v.، بمعرفة القيم الموجودة في خليتين من خلاياه، لا يمكن حساب القيمة الموجودة في الثالثة.

خلية واحدة فقط في العمود الأول تفتقد قيمة. حتى نتمكن من حسابها:

م (1) ر.ف. = م (1) محلول ∙ ω (1) محلول /100% = 150 جم ∙ 15%/100% = 22.5 جم

وبالمثل، فإننا نعرف القيم الموجودة في خليتين من العمود الثاني، مما يعني:

م (2) ر.ف. = م (2) محلول ∙ ω (2) محلول /100% = 100 جم ∙ 20%/100% = 20 جم

دعنا ندخل القيم المحسوبة في الجدول:

الآن نعرف قيمتين في السطر الأول وقيمتين في السطر الثاني. هذا يعني أنه يمكننا حساب القيم المفقودة (m (3)r.v. و m (3)r-ra):

م (3) ر.ف. = م (1) ص. + م (2) ر.ف. = 22.5 جم + 20 جم = 42.5 جم

م (3) محلول = م (1) محلول + م (2) محلول = 150 جم + 100 جم = 250 جم.

لندخل القيم المحسوبة في الجدول، نحصل على:

لقد اقتربنا الآن من حساب القيمة المطلوبة لـ ω (3)r.v. . في العمود الذي توجد فيه، محتويات الخليتين الأخريين معروفة، مما يعني أنه يمكننا حسابها:

ω (3)r.v. = 100% ∙ م (3)r.v. /م (3) محلول = 100% ∙ 42.5 جم/250 جم = 17%

مثال 4

تمت إضافة 50 مل من الماء إلى 200 جم من محلول كلوريد الصوديوم 15%. ما هو الجزء الكتلي من الملح في المحلول الناتج؟ يرجى الإشارة إلى إجابتك لأقرب جزء من مائة من _______%

حل:

أولًا، يجب أن ننتبه إلى حقيقة أنه بدلًا من كتلة الماء المضاف، يُعطى لنا حجمه. لنحسب كتلته علماً أن كثافة الماء هي 1 جم/مل:

م تحويلة. (H 2 O) = V تحويلة. (H2O)∙ ρ (H2O) = 50 مل ∙ 1 جم/مل = 50 جم

إذا اعتبرنا الماء محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 0% ويحتوي على 0 جرام من كلوريد الصوديوم، فيمكن حل المشكلة باستخدام نفس الجدول كما في المثال أعلاه. لنرسم جدولًا كهذا وندخل فيه القيم التي نعرفها:

هناك قيمتان معروفتان في العمود الأول، لنتمكن من حساب الثالثة:

م (1) ر.ف. = م (1) ص-را ∙ ω (1) ص.ف. /100% = 200 جم ∙ 15%/100% = 30 جم،

وفي السطر الثاني نعرف أيضًا قيمتين، مما يعني أنه يمكننا حساب الثالثة:

م (3) محلول = م (1) محلول + م (2) محلول = 200 جم + 50 جم = 250 جم،

دعنا ندخل القيم المحسوبة في الخلايا المناسبة:

الآن أصبحت قيمتان معروفتان في السطر الأول، مما يعني أنه يمكننا حساب قيمة m (3)r.v. في الخلية الثالثة:

م (3) ر.ف. = م (1) ص. + م (2) ر.ف. = 30 جم + 0 جم = 30 جم

ω (3)r.v. = 30/250 ∙ 100% = 12%.