Масса молекулы кислорода

Основные понятия

Что такое молекулярная масса

Молекулярная масса (или относительная молекулярная масса) — это сумма атомных масс всех атомов, входящих в состав молекулы. Для кислорода O₂:

• Атомная масса одного атома кислорода ≈ 16 а.е.м. (атомных единиц массы)
• Молекулярная масса O₂ = 16 × 2 = 32 а.е.м.

Молярная масса и число Авогадро

Молярная масса (M) — это масса одного моля вещества, выраженная в граммах на моль (г/моль). Для O₂ молярная масса равна 32 г/моль.

Число Авогадро (Nₐ) — это количество частиц (атомов, молекул) в одном моле вещества:

Nₐ = 6,022 × 10²³ моль⁻¹

Формула расчета массы молекулы

Чтобы рассчитать массу одной молекулы кислорода, используется следующая формула:

m = M / Nₐ

Где:

• m — масса одной молекулы (г или кг)
• M — молярная масса вещества (г/моль)
• Nₐ — число Авогадро (6,022 × 10²³ моль⁻¹)

Пошаговый расчет массы молекулы O₂

Шаг 1: Определите молярную массу

Для молекулы кислорода O₂:

• M = 32 г/моль

Шаг 2: Примените формулу

m = M / Nₐ = 32 г/моль / (6,022 × 10²³ моль⁻¹)

Шаг 3: Выполните вычисление

m = 32 / (6,022 × 10²³) ≈ 5,31 × 10⁻²³ г

Или в килограммах: m ≈ 5,31 × 10⁻²⁶ кг

Примеры практических расчетов

Пример 1: Масса 1000 молекул кислорода

Задача: Рассчитайте массу 1000 молекул O₂.

Решение:

1. Масса одной молекулы = 5,31 × 10⁻²³ г
2. Масса 1000 молекул = 1000 × 5,31 × 10⁻²³ г = 5,31 × 10⁻²⁰ г

Ответ: 5,31 × 10⁻²⁰ г или 0,0531 аттограмма

Пример 2: Количество молекул в 1 мг кислорода

Задача: Сколько молекул содержится в 1 мг (0,001 г) кислорода?

Решение:

1. Масса одной молекулы = 5,31 × 10⁻²³ г
2. Количество молекул = 0,001 г / (5,31 × 10⁻²³ г) ≈ 1,88 × 10¹⁹ молекул

Ответ: Примерно 18,8 квинтиллионов молекул

Пример 3: Сравнение с атомом кислорода

Задача: Во сколько раз молекула O₂ тяжелее одного атома O?

Решение:

1. Масса атома O = 16 а.е.м. / Nₐ ≈ 2,66 × 10⁻²³ г
2. Масса молекулы O₂ = 5,31 × 10⁻²³ г
3. Соотношение = 5,31 / 2,66 = 2

Ответ: Молекула O₂ ровно в 2 раза тяжелее атома O (поскольку состоит из двух атомов)

Таблица масс различных форм кислорода

Применение знаний о массе молекулы

В химии

• Стехиометрические расчеты — определение массовых соотношений реагентов
• Расчет выхода продукта — в химических реакциях с участием кислорода
• Анализ газовых смесей — вычисление парциальных давлений

В физике

• Молекулярно-кинетическая теория — расчет средней кинетической энергии молекул
• Уравнение состояния идеального газа — pV = nRT, где n связано с количеством молекул
• Расчет скорости молекул — по формуле v = √(3kT/m)

В биологии и медицине

• Расчет потребления кислорода организмом на молекулярном уровне
• Исследования метаболизма — окислительные процессы в клетках
• Дозировка кислородной терапии — точные расчеты при лечении

Частые ошибки при расчетах

Ошибка 1: Путаница между атомной и молекулярной массой

❌ Неправильно: Считать, что масса молекулы O₂ равна 16 а.е.м. ✓ Правильно: Масса молекулы O₂ = 32 а.е.м. (два атома по 16)

Ошибка 2: Неверное использование единиц измерения

❌ Неправильно: Делить молярную массу в кг/моль на число Авогадро ✓ Правильно: Использовать согласованные единицы (г/моль → г, или кг/моль → кг)

Ошибка 3: Округление числа Авогадро

❌ Неправильно: Использовать Nₐ = 6 × 10²³ ✓ Правильно: Использовать Nₐ = 6,022 × 10²³ для точных расчетов

Ошибка 4: Неправильная запись степеней

❌ Неправильно: 5,31 × 10^-23 = 5,31 - 23 ✓ Правильно: 5,31 × 10⁻²³ = 0,0000000000000000000000531

Дополнительные расчеты

Расчет числа молекул через массу

Если известна масса образца кислорода, можно рассчитать количество молекул:

N = mобразца / mмолекулы

Например, для 16 г O₂: N = 16 г / (5,31 × 10⁻²³ г) ≈ 3,01 × 10²³ молекул

Связь с объемом газа

При нормальных условиях (0°C, 1 атм) один моль любого газа занимает 22,4 л. Для кислорода:

• 1 моль O₂ = 32 г = 6,022 × 10²³ молекул = 22,4 л
• В 1 л содержится ≈ 2,69 × 10²² молекул

Полезные советы

1. Запомните ключевые значения: Масса молекулы O₂ ≈ 5,3 × 10⁻²³ г — часто используется в задачах
2. Используйте калькулятор для работы со степенями — избежите ошибок при расчетах
3. Проверяйте размерность результата — масса должна быть в граммах или килограммах
4. Держите под рукой таблицу атомных масс элементов
5. Практикуйтесь на различных задачах для закрепления навыков

Связь с другими величинами

Масса молекулы связана с другими важными параметрами:

• Плотность газа: ρ = (M × p) / (R × T)
• Средняя скорость молекул: v̄ = √(8RT / πM)
• Длина свободного пробега: λ = kT / (√2 × π × d² × p)

где d — эффективный диаметр молекулы O₂ ≈ 3,46 × 10⁻¹⁰ м

Дисклеймер: Приведенные расчеты основаны на стандартных физических константах и применимы для идеальных условий. В реальных экспериментах могут потребоваться поправки на температуру, давление и другие факторы.

Часто задаваемые вопросы