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Poids atomiques et moléculaires


Stoechiométrie: formules chimiques et équations

Poids atomiques et moléculaires


Poids atomiques et moléculaires

Les indices dans les formules chimiques et les coefficients dans les équations chimiques représentent exact quantités.

H2O, par exemple, indique qu'une molécule d'eau comprend exactement deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène.

L'équation suivante:

non seulement nous dit que le propane réagit avec l'oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau, mais que 1 la molécule de propane réagit avec 5 des molécules d'oxygène pour produire 3 des molécules de dioxyde de carbone et 4 molécules d'eau.

Étant donné que le comptage des atomes ou molécules individuels est un peu difficile, les aspects quantitatifs de la chimie reposent sur la connaissance de la masses des composés impliqués.

L'échelle de masse atomique

Les atomes de différents éléments ont des masses différentes. Les premiers travaux sur la séparation de l'eau en ses éléments constitutifs (hydrogène et oxygène) indiquaient que 100 grammes d'eau contenaient 11,1 grammes d'hydrogène et 88,9 grammes d'oxygène:

100 grammes d'eau -> 11,1 grammes d'hydrogène + 88,9 grammes d'oxygène

Plus tard, les scientifiques ont découvert que l’eau était composée de deux atomes de l'hydrogène pour chaque atome d'oxygène. Par conséquent, dans l'analyse ci-dessus, dans les 11,1 grammes d'hydrogène, il y avait deux fois plus d'atomes que dans les 88,9 grammes d'oxygène. Par conséquent, un atome d'oxygène doit peser environ 16 fois plus qu'un atome d'hydrogène:

L'hydrogène, l'élément le plus léger, s'est vu attribuer une masse relative de «1» et les «autres éléments» ont reçu des «masses atomiques» par rapport à cette valeur pour l'hydrogène. Ainsi, l’oxygène a reçu une masse atomique de 16.

Nous savons maintenant qu'un atome d'hydrogène a une masse de 1,6735 x 10-24 grammes, et que l'atome d'oxygène a une masse de 2.6561 X 10-23 grammes. Comme nous l'avons vu précédemment, il est pratique d'utiliser une unité de référence pour traiter de si petits nombres: l'unité de masse atomique. L'unité de masse atomique (amu) n’était pas standardisé contre l’hydrogène, mais plutôt contre le 12C isotope du carbone (amu = 12).

Ainsi, la masse de l'atome d'hydrogène (1H) est 1.0080 amuet la masse d'un atome d'oxygène (16O) est 15,995 amu. Une fois que les masses d'atomes ont été déterminées, le amu pourrait être attribué une valeur réelle:

1 amu = 1.66054 x 10-24grammes
inversement:
1 gramme = 6.02214 x 1023amu
Masse atomique moyenne

La plupart des éléments se trouvent dans la nature comme un mélange de isotopes (c'est-à-dire des populations d'atomes avec différents nombres de neutrons, et donc de masse). Nous pouvons calculer la masse atomique moyenne d'un élément en connaissant l'abondance relative de chaque isotope, ainsi que la masse de chaque isotope.

Exemple: Le carbone naturel est à 98,892% 12C et 1,108% 13C. La masse de 12C est 12 amu, et celui de 13C est 13.00335 amu. Par conséquent, la masse atomique moyenne de carbone est:

(0.98892)*(12 amu) + (0.01108)*(13.00335 amu) = 12.011 amu

La masse atomique moyenne de chaque élément (en amu) est également appelée sa poids atomique. Les valeurs des poids atomiques de chacun des éléments sont généralement répertoriées dans les tableaux périodiques.

Poids moléculaire et formule

Le poids de formule d'une substance est la somme des poids atomiques de chaque atome dans sa formule chimique.

Par exemple, l'eau (H2O) a un poids de formule de:

2*(1.0079 amu) + 1*(15.9994 amu) = 18.01528 amu

Si une substance existe sous forme de molécules discrètes (comme avec des atomes qui sont chimiquement lié ensemble) puis le formule chimique est le formule moléculaire, et le formule de poid est le masse moléculaire. Par exemple, le carbone, l’hydrogène et l’oxygène peuvent se lier chimiquement pour former une molécule de glucose avec la formule chimique et moléculaire de C6H12O6. Le poids de la formule et le poids moléculaire du glucose sont donc:

6*(12 amu) + 12*(1.00794 amu) + 6*(15.9994 amu)
= 180.0 amu

Les substances ioniques ne sont pas chimiquement liées et n'existent pas en tant que molécules discrètes. Cependant, ils associent des rapports discrets d'ions. Ainsi, nous pouvons décrire les poids de leurs formules, mais pas leurs poids moléculaires. Le sel de table (NaCl), par exemple, a un poids de formule de:

23.0 amu + 35.5 amu
= 58.5 amu

Composition en pourcentage à partir de formules

Dans certains types d’analyses, il est important de connaître le pourcentage en masse de chaque type d'élément dans un composé. Prenons par exemple le méthane:

CH4
Formule et moléculaire poids: 1 * (12.011 amu) + 4*(1.008) = 16.043 amu
% C = 1 * (12.011 amu)/16.043 amu = 0.749 = 74.9%
% H = 4 * (1,008 amu)/16.043 amu = 0.251 = 25.1%

1996 Michael Blaber


4.2
5
12
4
5
3
1
2
1
1
0