Заттардың құрамы күрделі, бірақ олар ұсақ бөлшектерден – атомдардан, молекулалардан, иондардан түзілген. Көптеген сұйықтар мен газдардың, сондай-ақ кейбір қатты заттардың молекулалық құрылымы бар. Металдар мен көптеген тұздар атомдар мен зарядталған иондардан тұрады. Барлық бөлшектердің, тіпті ең кішкентай молекуланың да массасы бар. Молекуланың массасы, егер килограмммен өрнектелсе, өте аз мән алады. Мысалы, m (Н2О)=30 • 10-27 кг. Заттың микробөлшектердің массасы мен өлшемі сияқты маңызды сипаттамаларын физиктер мен химиктер көптен бері зерттеп келеді. Оның негізі Михаил Ломоносов пен Джон Дальтонның еңбектерінде қаланды. Содан бері микроәлемге деген көзқарастардың қалай өзгергенін қарастырыңыз.
Ломоносовтың «корпускулалар» туралы идеялары
Материяның дискретті құрылымы туралы болжамды Ежелгі Греция ғалымдары айтқан. Сонымен бірге «атом» атауы денелердің бөлінбейтін ең кішкентай бөлшегі, ғаламның «кірпішіне» берілді. Орыстың ұлы зерттеушісі М. В. Ломоносов зат құрылымының елеусіз кішкентай, физикалық құралдармен бөлінбейтін бөлшегі – корпускула туралы жазған. Кейінірек басқа ғалымдардың еңбектерінде ол «молекула» деп аталды.
Молекуланың массасы, сондай-ақ оның өлшемдері оны құрайтын атомдардың қасиеттерімен анықталады. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар микроәлемге терең үңіле алмады, бұл химия мен физиканың дамуына кедергі болды. Ломоносов бірнеше рет әріптестерін зерттеуге және өз жұмыстарында нақты сандық деректерге – «өлшеу мен салмаққа» сүйенуге шақырды. Орыс химигі мен физигі еңбегінің арқасында материяның құрылымы туралы ілімнің негізі қаланды, ол үйлесімді атом-молекулалық теорияның құрамдас бөлігіне айналды.
Атомдар мен молекулалар «әлемнің құрылыс материалы»
Тіпті микроскопиялық шағын денелер күрделі, қасиеттері әртүрлі. Ядро мен электрон қабаттарынан түзілген атомдар сияқты бөлшектер оң және теріс зарядтардың саны, радиусы және массасы бойынша ерекшеленеді. Атомдар мен молекулалар заттардың құрамында оқшауланбайды, олар әртүрлі күштермен тартылады. Тартымды күштердің әсері қатты денелерде айқынырақ, сұйықтарда әлсіз, газ тәрізді заттарда сезілмейді.
Химиялық реакциялар атомдардың жойылуымен бірге жүрмейді. Көбінесе олардың қайта орналасуы орын алады, басқа молекула пайда болады. Молекуланың массасы оның қандай атомдардан түзілгеніне байланысты. Бірақ барлық өзгерістермен атомдар химиялық бөлінбейтін болып қалады. Бірақ олар әртүрлі молекулалардың бөлігі болуы мүмкін. Сонымен қатар атомдар өздеріне жататын элементтің қасиеттерін сақтайды. Молекула атомдарға ыдырау алдында заттың барлық белгілерін сақтайды.
Денелердің құрылымының микробөлшегі – молекула. Молекула массасы
Макрообъектілердің массасын өлшеу үшін аспаптар пайдаланылады, олардың ең ескісі таразылар. Өлшеу нәтижесі килограммда ыңғайлы түрде алынады, өйткені бұл физикалық шамалардың халықаралық жүйесінің (СИ) негізгі бірлігі. Молекуланың массасын килограмммен анықтау үшін бөлшектердің санын ескере отырып, атомдық массаларды қосу керек. Ыңғайлы болу үшін массаның арнайы бірлігі атом енгізілді. Сіз оны әріптік аббревиатура (a.m.u.) ретінде жаза аласыз. Бұл бірлік көміртегі нуклидінің массасының он екіден біріне сәйкес келеді 12C.
Табылған мәнді стандартты бірліктермен өрнектесек, 1,66 • 10-27 кг аламыз. Физиктер негізінен дене массасы үшін осындай шағын көрсеткіштермен жұмыс істейді. Мақалада кейбір химиялық элементтердің атомдарының массалары неге тең екенін білуге болатын кесте бар. Бір сутегі молекуласының массасы қанша килограмм екенін білу үшін кестеде келтірілген осы химиялық элементтің атомдық массасын екіге көбейтеміз. Нәтижесінде екі атомнан тұратын молекуланың массасының мәнін аламыз.
Салыстырмалы молекулалық салмақ
Өте аз мәндері бар есептеулерде жұмыс істеу қиын, ол ыңғайсыз, уақытты қажет етеді, қателіктерге әкеледі. Микробөлшектердің массасына келетін болсақ, қиын жағдайдан шығудың жолы салыстырмалы шамаларды пайдалану болды. Химиктерге таныс термин екі сөзден тұрады – «атомдық масса», оның белгіленуі Ar. Молекулярлық салмақ (молекуланың массасы сияқты) үшін бірдей тұжырымдама енгізілді. Екі шамаға қатысты формула: Mr=m(v-va)/1/12 м(12C).
Адамдардың «молекулярлық салмақ» дегенді естуі ғажап емес. Бұл ескірген термин әлі күнге дейін молекуланың массасына қатысты қолданылады, бірақ аз және сирек. Өйткені, салмақ тағы бір физикалық шама – дененің географиялық координаталарына тәуелді күш. Керісінше, масса химиялық процестерге қатысатын және қалыпты жылдамдықпен қозғалатын бөлшектердің тұрақты сипаттамасы ретінде қызмет етеді.
Молекуланың массасын қалай анықтауға болады
Молекуланың салмағын дәл анықтау құрылғы – масс-спектрометрдің көмегімен жүзеге асырылады. Есептерді шешу үшін периодтық жүйедегі ақпаратты пайдалануға болады. Мысалы, оттегі молекуласының массасы 16 • 2=32. Қарапайым есептеулер жүргізіп, Mr(H2O) – судың салыстырмалы молекулалық салмағының мәнін табайық. Периодтық жүйе бойынша оттегі атомының массасы 16, сутегі 1 екенін анықтаймыз. Қарапайым есептеулер жүргізейік: Mr(H2 O)=1 • 2 + 16=18, мұндағы Mr – молекулалық масса, H2O – су молекуласы, H - сутегі элементінің таңбасы, O - оттегінің химиялық белгісі.
Изотоптар
Табиғат пен технологиядағы химиялық элементтер атомдардың бірнеше түрі – изотоптар түрінде болады. Олардың әрқайсысының жеке массасы бар, оның мәнінің бөлшек мәні болуы мүмкін емес. Бірақ химиялық элементтің атомдық массасы көбінесе бірнеше ондық таңбалары бар сан болып табылады. Есептер есепке алынадыәр түрдің жер қыртысында таралуы. Сондықтан периодтық жүйедегі атомдардың массалары әрқашан бүтін сандар бола бермейді. Осындай шамаларды есептеу үшін пайдалана отырып, біз молекулалардың массаларын аламыз, олар да бүтін сандар емес. Кейбір жағдайларда мәндерді дөңгелектеуге рұқсат етіледі.
Молекулярлық емес заттардың молекулалық салмағы
Бейорганикалық заттардың көпшілігінің молекулалық құрылымы болмайды. Металдар атомдардан, иондардан және бос электрондардан, тұздар катиондардан және аниондардан тұрады. Молекулалық емес құрылымдағы заттар үшін шартты молекулалардың массасы да қарапайым құрамды көрсететін жалпы формула бойынша есептеледі. Иондық құрылымды зат – ас тұзы, формуласы NaCl үшін Mr мәнін табайық. Mr=23 + 35,5=55,5. Кейбір есептеулер үшін ауаның молекулалық салмағы – газдар қоспасы қажет. Атмосферадағы әртүрлі заттардың пайызын ескере отырып, ауаның молекулалық салмағы 29.
Молекулалардың мөлшері мен массасы
Үлкен молекулалардың электронды микросуреттерінде жеке атомдарды көруге болады, бірақ олар өте кішкентай, олар қарапайым микроскопта көрінбейді. Кез келген заттың массасы сияқты бөлшектің сызықтық өлшемі тұрақты сипаттама болып табылады. Молекуланың диаметрі оны құрайтын атомдардың радиустарына, олардың өзара тартылуына байланысты. Бөлшектердің өлшемдері протондар саны мен энергия деңгейінің ұлғаюымен өзгереді. Сутегі атомы көлемі жағынан ең кіші, оның радиусы небәрі 0,5 • 10-8 см. Уран атомы сутегі атомынан үш есе үлкен. Микроәлемнің нағыз «алыптары» органикалық заттардың молекулалары болып табылады. Сонымен,ақуыз бөлшектерінің бірінің сызықтық өлшемі 44 • 10-8 қараңыз
Қорытындылайтын болсақ: молекулалардың массасы – оларды құрайтын атомдардың массаларының қосындысы. Килограммдағы абсолютті мәнді периодтық жүйеде табылған молекулалық салмақ мәнін 1,66 • 10-27 кг-ға көбейту арқылы алуға болады.
Макрообъектілермен салыстырғанда молекулалар шамалы. Мысалы, мөлшері бойынша су молекуласы H2O алмадан әлдеқайда кішкентай, өйткені бұл жеміс біздің планетамыздан кіші.
