Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

§ 18. Маси атомів і молекул — які вони?

Я ПРАГНУ

з’ясувати, як визначають і порівнюють маси атомів та молекул.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Валерій. Omnia relativa sunt...

Лейла. Це якою мовою?

Валерій. Я сказав латиною, що все у світі відносно. Адже пригадав Атоміум, про який ішлося в попередньому параграфі. І подумав, якими величезними є кулі-атоми в цій споруді порівняно зі справжніми.

Лейла. Авжеж! Атоми дуже малі частинки. І маса їх дуже-дуже мала.

Валерій. Цікаво, а як її визначили? Хіба комусь удалося зважити атом?

Лейла. Гадки не маю. На уроці дізнаємося.

Валерій. Пропоную іншу стратегію: самостійно опрацюємо інформацію в параграфі, спробуємо відповісти на запитання й виконати завдання.

Лейла. Та чи впораємося самотужки?

Валерій. Якщо не все виявиться до снаги — не біда. У класі гуртом шукатимемо відповіді на запитання, які виникли, досліджуватимемо, обговорюватимемо...

Лейла. Усе догори дриґом і світ навиворіт! Flipped classroom! Перевернуте навчання мені до вподоби.

Валерій. Тоді вперед, зважимо все й на все!

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Чи можна атом зважити?

Ти вже знаєш, що зважування — це порівняння маси тіла з масою певного зразка — кілограма, грама, міліграма, мікрограма тощо (мал. 18.1).

Мал. 18.1. 1. Лабораторні ваги. 2. Високоточні електронні ваги

Та чи зручно порівнювати з ними масу атома? Звісно ні. «Різновагами» для уявного зважування об’єктів мікросвіту мають бути об’єкти, маса яких сумірна з масою атома. Тож маси атомів, молекул зручно виражати не в кілограмах чи грамах, а через відому масу якогось з атомів або його частини — використовувати відносну масу.

Що таке відносна маса, легко зрозуміти з малюнка 18.2. Наприклад, маси монет можна виразити через масу гривні (мал. 18.2). Відносна маса — безрозмірна величина. Адже внаслідок ділення мас одиниці маси (наприклад грами) скорочуються.

Мал. 18.2. Omnia relativa sunt...

Маси атомів порівнюють з 1/12 маси атома Карбону (мал. 18.3, с. 168). Тобто числове значення відносної атомної маси показує, у скільки разів маса атома хімічного елемента більша за масу 1/12 атома Карбону.

Мал. 18.3. 1. 1/12 атома Карбону — умовна різновага, з якою порівнюють масу інших атомів. 2. Маса атома Нітрогену в 14 разів більша за масу 1/12 атома Карбону. 3. Маса атома Оксигену в 16 разів більша за масу 1/12 атома Карбону. 4. Маса атома Натрію у 23 рази більша за масу 1/12 атома Карбону

Відносну атомну масу позначають А_r (мал. 18.4, с. 168).

Наприклад, A_r(С) = 12, A_r(Ν) = 14, A_r(O) = 16, A_r(Na) = 23.

Значення відносних атомних мас наведено в періодичній системі хімічних елементів (мал. 18.5). Округлена до одиниць відносна атомна маса Оксигену дорівнює 16.

Мал. 18.5. У клітинках періодичної таблиці зазначають відносні атомні маси хімічних елементів.

У науці й інженерії в обчисленнях використовують точні значення відносних атомних мас. У навчанні часто користуються відносними атомними масами, округленими до одиниць. Лише відносну атомну масу Хлору округлюють до десятих: A_r(Сl) = 35,5.

Відносна молекулярна маса речовини

Слово молекула безпосередньо пов’язане зі словом маса. Новолатинською molecula — це зменшувальна форма від латинського moles — маса.

Відносна молекулярна маса — відношення абсолютної маси молекули до маси атома Карбону. Її позначають М_r (мал. 18.6).

Мал. 18.6. Так позначають відносну молекулярну масу

Обчислення відносної молекулярної маси речовини за хімічною формулою

Атоми — складники молекул. Очевидно, що відносна молекулярна маса дорівнює сумі відносних мас усіх атомів у молекулі.

Приклад. Обчисли відносну молекулярну масу сульфатної кислоти H₂SO₄. Молекула сульфатної кислоти складається з атомів Гідрогену, Оксигену й Сульфуру. Числові значення їхніх відносних атомних мас знайди в таблиці періодичної системи хімічних елементів. За індексами у формулі сульфатної кислоти визнач кількість атомів кожного елемента в молекулі цієї речовини. Відносна маса молекули сульфатної кислоти є сумою відносних мас двох атомів Гідрогену, атома Сульфуру й чотирьох атомів Оксигену (мал. 18.7). Тобто вона є сумою добутків індексу біля символу хімічного елемента у формулі на числове значення його відносної атомної маси:

M_r(H₂SO₄) = 2А_r(Н) + A_r(S) + 4А_r(О);

M_r(H₂SO₄) = 2 • 1 + 32 + 4 • 16 = 98;

M_r(H₂SO₄) = 98.

Мал. 18.7. Відносна маса молекули сульфатної кислоти є сумою відносних мас двох атомів Гідрогену, атома Сульфуру й чотирьох атомів Оксигену

Ти вже знаєш, що для записування хімічних формул деяких речовин використовують дужки. Наприклад, склад гліцеролу (мал. 18.8) описують формулою С₃Н₅(ОН)₃.

Мал. 18.8. Відносна маса молекули гліцеролу є сумою відносних мас трьох атомів Карбону, восьми атомів Гідрогену й трьох атомів Оксигену.

Відносну молекулярну масу гліцеролу обчислюють так:

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 3A_r(С) + 5A_r(Н) + 3(A_r(О) + A_r(Н));

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 3 • 12 + 5 • 1 + 3(16 + 1);

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 36 + 5 + 51;

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 92.

Формулу можна записати інакше, результат обчислення не зміниться:

М_r(С₃Н₈О₃) = 3A_r(С) + 8A_r(Н) + 3A_r(О);

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 3 • 12 + 8 • 1 + 3 • 16;

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 36 + 8 + 48;

М_r(С₃Н₅(ОН)₃) = 92.

Є ще один спосіб обчислити відносну молекулярну масу гліцеролу. Поміркуй який. Стратегія зрозуміла, а як щодо тактики?

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Об’єднайтеся в групи й виконайте на вибір завдання 1 або 2.

Завдання 1

Крізь магічний портал ви потрапили в казковий світ, де все (чи майже все) навиворіт. У ньому ростуть чарівні фрукти, ягоди, овочі, що на смак подібні до земних, навіть маси приблизно такі самі. От тільки кольори незвичні... хіба що помідор червоний. І густина м’якоті інша, тому й розміри дивують, адже не відповідають пропорціям, до яких звикли в повсякденні (мал. 18.9). А в казкових магазинах замість звичних електронних пристроїв лише золоті терези, але без рівноваг. Щоправда, одні електронні ваги є, та не все дозволено на них зважувати. На кожному плоді — наліпка із числовим значенням маси. А над лотком із мандаринами напис: «Золотий стандарт». Щоб повернутися в реальний світ, треба вибрати правильну стратегію перевірки того, що числові значення маси на етикетках правильні. Якщо впораєтеся із завданням, зможете повернутися в реальний світ.

Мал. 18.9. Казкові плоди. 1. Бульба. 2. Персик. 3. Мандарин, у якому рівно 12 часточок. 4. Малина. 5. Помідор. 6. Буряк. 7. Полуниця. 8. Лимон

Змоделюйте з казкових плодів, про які йшлося в завданні 1, молекули: а) водню, яка складається з двох атомів Гідрогену, б) амоніаку, яка складається з атома Нітрогену й трьох атомів Гідрогену, в) метану, у якій атом Карбону й чотири атоми Гідрогену. Відповідь подайте як малюнок чи запис, наприклад: слива, три вишні.

Запишіть хімічні формули й обчисліть відносні молекулярні маси цих речовин.

Завдання 2

Скористайтеся кольоровим пластиліном, вагами (мал. 18.10), щоб унаочнити опрацьовану раніше інформацію про відносні атомні й молекулярні маси. Змоделюйте атоми Гідрогену, Карбону, Оксигену й молекули водню, кисню, води, вуглекислого газу, узявши до уваги відповідні відносні атомні маси. Зафіксуйте зручним способом і поясніть результати моделювання. Запишіть хімічні формули й обчисліть відносні молекулярні маси речовин.

Мал. 18.10. Змоделюємо атоми й молекули

ЗАСТОСОВУЮ

Знаннями про відносні атомні й молекулярні маси користуються, щоб визначити вміст хімічних елементів у речовинах за хімічними формулами. І навпаки — визначають хімічну формулу за вмістом хімічних елементів у речовині. Також обчислюють точні відношення мас речовин у хімічних перетвореннях. Це потрібно для обчислення необхідних мас речовин для здійснення хімічних експериментів. Хімія тісно пов’язана із життям. Тому безпосередньо чи опосередковано знання про відносні атомні й молекулярні маси, уміння обчислювати відносні молекулярні маси стосуються найрізноманітніших сфер діяльності людини.

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

• 1) Що таке відносна атомна маса хімічного елемента?
• 2) Чи однаковими є поняття маси атома й відносної атомної маси?
• 3) Чому в періодичній системі зазначено не абсолютні значення мас атомів, а відносні атомні маси?
• 4) За яким алгоритмом обчислюють відносну молекулярну масу речовини?

2. Порівняй маси атомів Нітрогену й Силіцію, Хлору та Брому або, на твій розсуд, будь-яких інших хімічних елементів.

3. Розташуй хімічні символи Карбону, Гідрогену, Магнію, Брому за зростанням мас їхніх атомів.

4. Обчисли, у скільки разів маса атома Сульфуру більша за масу атома Оксигену, Магнію, менша за масу атома Купруму.

5. Визнач, скільки атомів Магнію потрібно покласти на шальку уявних терезів, щоб зрівноважити їх, якщо на другій шальці лежать чотири атоми Карбону.

6. Схарактеризуй Калій за його місцем у періодичній системі хімічних елементів: зазнач його хімічний символ, порядковий номер, відносну атомну масу.

7. Порівняй, не вдаючись до обчислень, відносні молекулярні маси сполук, хімічні формули яких: a) H₂S і H₂SO₄; б) Р₂О₃ і Р₂О₅; в) NH₃ і N₂H₄; г) H₂SO₃ і H₂SO₄.

8. Згрупуй речовини, хімічні формули яких HCN, СН₄, N₂, NH₃, Н₂О₂, порівнявши маси їхніх молекул із масою молекули води.

9. Обчисли відносні молекулярні маси речовин, хімічні формули яких CS₂, С₆Н₁₂О₆, С₂Н₄(ОН)₂, С₃Н₅(ОН)₃.

10. Обчисли індекси х та у у формулах сполук: a) NO_x і NO_y, відносні молекулярні маси яких становлять 30 і 46 відповідно; б) Н₃РО_x і Н₃РО_у, відносні молекулярні маси яких становлять 84 і 98 відповідно.

Долучися до дискусії та обґрунтуй свою думку.

Андрій. Зараз є багато комп’ютерних застосунків для обчислення відносної молекулярної маси за хімічною формулою. Тому обчислювати її самотужки — лише час марнувати.

Ашанті. Важливо вміти обчислювати відносну молекулярну масу. Це дасть змогу глибше зрозуміти зв’язок між об’єктами мікро- і явищами макросвіту.

11. Створи лепбук за опрацьованою темою.

Підсумуй

Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.