Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj

Cząsteczki mają niezmiernie małą masę, dlatego – podobnie jak masę atomów – wyraża się ją w atomowych jednostkach masy. Masa cząsteczek zależy od masy atomów, które wchodzą w ich skład. Do określania masy cząsteczkowej niezbędna jest znajomość wzoru związku chemicznego. Na jego podstawie można także ustalić udział każdego pierwiastka w całej masie związku chemicznego.

Już wiesz
  • że do określania masy atomowej stosuje się atomową jednostkę masy, tj. 1 unit = 1,66 · 10Indeks górny -24 g;

  • masy atomowe to masa atomu wyrażone w atomowych jednostkach masy;

  • masa atomowa pierwiastka chemicznego to wielkość uśredniona, zależna od zawartości procentowej poszczególnych izotopów.

Nauczysz się
  • obliczać masę cząsteczkową prostych związków chemicznych;

  • określać stosunki masowe pierwiastków w związkach chemicznych;

  • ustalać skład procentowy związku chemicznego.

i4R8cvVoWJ_d5e194

1. Co to jest masa atomowa pierwiastka?

Masa atomu jest bardzo mała, stanowi tylko niewielką część grama (około 10Indeks górny -24 g). Z tego względu wyraża się ją w atomowych jednostkach masy, zwanych unitami. Wartość jednego unitu wynosi 0,00000000000000000000000166 g (1,66 · 10Indeks górny -24 g).

Atomy należące do tego samego pierwiastka mogą różnić się masą z uwagi na możliwość występowania odmian tego pierwiastka różniących się liczbą neutronów w jądrze. Dlatego masa atomowa pierwiastka jest średnią ważoną jego mas izotopowych. Przy jej obliczaniu uwzględniamy zawartość procentową izotopów danego pierwiastka. Średnie masy atomowe pierwiastków są podane w układzie okresowym.

Masa atomowa jest niepowtarzalną cechą pierwiastka i nie ma dwóch różnych pierwiastków, które miałyby jednakową jej wartość. Dlatego też znając tylko masę atomową, można zidentyfikować pierwiastek.

RQ2ZeJiWiWevz1
Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a dzięki opcjom zawartym w górnej części okna wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych.
Źródło: Michał Szymczak, licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 1

Korzystając z układu okresowego, odszukaj pierwiastki o masach atomowych: 32 u, 23 u, 4 u i 40 u, a następnie podaj ich nazwy oraz symbole chemiczne.

i4R8cvVoWJ_d5e241

2. Jak obliczamy masę cząsteczkową związku chemicznego?

Związki chemiczne są zbudowane z cząsteczek lub tworzą sieci krystaliczne, w których jony występują w określonym stosunku ilościowym. Wzór sumaryczny związku przedstawia budowę cząsteczki lub – gdy jest to związek jest jonowy – odpowiada najprostszemu stosunkowi stechiometrycznemu tworzących związek jonów. Masa tych najmniejszych struktur związków chemicznych, wyrażona w atomowych jednostkach masy, jest nazywana masą cząsteczkowąmasa cząsteczkowa związku chemicznegomasą cząsteczkową związku. Mimo że w nazwie tej występuje wyraz „cząsteczkowa”, to jednak jej zakres nie ogranicza się tylko do związków cząsteczkowych, ale obejmuje także substancje zbudowane z jonów.

Masa cząsteczkowa związku chemicznego jest równa sumie mas atomowych pierwiastków wchodzących w skład najmniejszej struktury związku chemicznego, która jest opisana wzorem chemicznym związku.

Ważne!

Masę atomową poszczególnych pierwiastków można odczytać z układzie okresowym. Jest ona zazwyczaj wyrażona liczbą niecałkowitą, z kilkoma cyframi po przecinku. W typowych obliczeniach chemicznych masy atomowe zaokrągla się do liczb całkowitychIndeks górny *. Jedynymi wyjątkami są masy atomowe chloru i miedzi:

masa atomowa chloru= 35,5 u
masa atomowa miedzi= 63,5 u

Indeks górny *Dokonując przybliżeń, trzeba kierować się pewnymi zasadami:
1. Jeśli pierwsza cyfra po przecinku jest mniejsza od 5, to odrzucamy wszystkie cyfry znajdujące się za przecinkiem, na przykład:

masa atomowa magnezu= 24,31 u 24 u

2. Jeśli cyfra znajdująca się jako pierwsza po przecinku jest większa od 5, to zwiększamy cyfrę odpowiadającą jedności o 1, na przykład:

masa atomowa litu=6,94 u 7 u

3. Dla chloru i dla miedzi pierwsza cyfra po przecinku wynosi 5 (ich mas atomowych nie zaokrągla się do liczb całkowitych).

R12tTcfsgp3to1
Film rozpoczyna się od planszy z treścią zadania: Oblicz masę cząsteczkową chlorowodoru. Pod spodem pojawia się wzór cząsteczki: HCl. Następnie pojawia się informacja, że masa cząsteczkowa HCl jest równa sumie masy atomowej wodoru i masy atomowej chloru. Wyświetlony zostaje układ okresowy pierwiastków, na którym dokonane zostają zbliżenia pól dla wodoru i chloru. Następuje powrót do poprzedniej planszy, podstawienie danych do wzoru i przeprowadzenie obliczeń. Pojawia się wynik końcowy: Masa cząsteczkowa chlorowodoru wynosi 36 i pół unita.
RlEWiTXdcl76R1
Film rozpoczyna się od planszy z treścią zadania: Oblicz masę cząsteczkową kwasu fosforowego pięć. Pod spodem pojawia się wzór cząsteczki: H3PO4. Następnie pojawia się informacja, że masa cząsteczkowa H3PO4 jest równa sumie mas atomowych trzech atomów wodoru, atomu fosforu i czterech atomów tlenu. Wyświetlony zostaje układ okresowy pierwiastków, na którym dokonane zostają zbliżenia pól dla wodoru, fosforu i tlenu. Następuje powrót do poprzedniej planszy, podstawienie danych do wzoru i przeprowadzenie obliczeń. Pojawia się wynik końcowy: Masa cząsteczkowa kwasu fosforowego pięć wynosi 98 unitów.
RXcCjlNISZgEz1
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.
Masy cząsteczkowe przykładowych związków chemicznych

Wzór sumaryczny

Nazwa związku

Wyrażenie na masę cząsteczkową związku

Wartość
masy
cząsteczkowej [u]

NaCl

chlorek sodu

masa atomowa chloru + masa atomowa sodu =
35, 5 + 23 u

58,5

AlCl3

chlorek glinu

masa atomowa glinu + 3 · masa atomowa chloru =
27 u+3·35, 5 u

133,5

CH4

metan

masa atomowa węgla + 4 · masa atomowa wodoru =
12 + 4 · 1 u

16

H2SO4

kwas siarkowy(VI)

2 · masa atomowa wodoru + masa atomowa siarki + 4 · masa atomowa tlenu =
2 · 1 + 32 + 4 · 16 u

98

C12H22O11

sacharoza

12 · masa atomowa węgla + 22 · masa atomowa wodoru + 11 · masa atomowa tlenu =
12 · 12 u + 22 ·1 u + 11 · 16 u

342

Mg(OH)2

wodorotlenek magnezu

masa atomowa magnezu + 2 · masa atomowa tlenu + 2 · masa atomowa wodoru =
24 u + 2 · 16 + 2 · 1 u

58

i4R8cvVoWJ_d5e305

3. Kiedy posługujemy się pojęciem masy cząsteczkowej pierwiastka chemicznego?

Niektóre pierwiastki chemiczne, takie jak: wodór, azot, tlen, fluor, chlor, brom czy jod, występują w postaci cząsteczek dwuatomowych. Określając ich masę posługujemy się pojęciem masy cząsteczkowej pierwiastkamasa cząsteczkowa pierwiastkamasy cząsteczkowej pierwiastka. Masa cząsteczkowa pierwiastka chemicznego jest iloczynem jego masy atomowej i liczby atomów tworzących cząsteczkę.
Na przykład masa cząsteczkowa azotu zbudowanego z cząsteczek dwuatomowych o wzorze N2, wynosi:

2 · masa atomowa azotu = 2 · 14 u = 28 u
Masy cząsteczkowe przykładowych pierwiastków

Nazwa pierwiastka

Budowa cząsteczki pierwiastka

Obliczenia masy cząsteczkowej

Masa cząsteczkowa [u]

azot

N2
2 · masa atomowa azotu = 2 ·14 u

28

tlen

O2
2 · masa atomowa tlenu = 2 · 16 u

32

fluor

F2
2 · masa atomowa fluoru = 2 · 19 u

38

chlor

Cl2
2 · masa atomowa chloru = 2 · 35,5 u

71

brom

Br2
2 · masa atomowa bromu = 2 · 80 u

160

jod

I2
2 · masa atomowa jodu = 2 ·127 u

254

fosfor

P4
4 · masa atomowa siarki = 4 · 31 u

124

siarka

S8
8 · masa atomowa siarki = 8 · 32 u

256

i4R8cvVoWJ_d5e347

4. Jak obliczamy stosunek liczby atomów poszczególnych pierwiastków w związku chemicznym?

Na podstawie wzoru sumarycznego związku chemicznego można określić wzajemny stosunek liczby atomów (lub jonów) poszczególnych pierwiastków tworzących ten związek. Na przykład w chlorowodorze o wzorze sumarycznym HCl na jeden atom wodoru przypada jeden atom chloru. Stosunek liczby atomów wodoru do liczby atomów chloru równy jest 1 : 1. W przypadku wody, której wzór sumaryczny jest następujący: H2O, stosunek liczby atomów wodoru do liczby atomów tlenu wynosi 2 : 1.

RZad2XqMc5Uea1
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Stosunek liczb atomów (lub jonów) poszczególnych pierwiastków w wybranych związkach chemicznych

Wzór
chemiczny związku

Nazwa związku

Rodzaj stosunku liczbowego\*

Stosunek liczby atomów lub jonów tworzących związek

NaCl

chlorek sodu

liczba kationów sodu : liczba anionów chlorkowych
1 : 1
AlCl3

chlorek glinu

liczba kationów glinu : liczba anionów chlorkowych
1 : 3
H2SO4

kwas siarkowy(VI)

liczba atomów wodoru : liczba atomów siarki : liczba atomów tlenu
2 : 1 : 4
C12H22O11

sacharoza

liczba atomów węgla : liczba atomów wodoru : liczba atomów tlenu
12 : 22 : 11

\*Nie jest wielkim błędem, jeśli niezależnie od rodzaju związku (kowalencyjny czy jonowy) w opisie stosunku liczbowego będziemy posługiwać się pojęciem atom.

i4R8cvVoWJ_d5e384

5. Jak obliczamy stosunek masowy poszczególnych pierwiastków w związku chemicznym?

Wzór sumaryczny związku chemicznego zawiera informacje o tym, jakie pierwiastki wchodzą w jego skład tego związku oraz w jakich stosunkach ilościowych łączą się one ze sobą. Mając taką wiedzę, łatwo obliczyć stosunek masowystosunek masowy pierwiastkówstosunek masowy poszczególnych pierwiastków. Wielkość ta jest określana jako stosunek mas atomów poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład związku chemicznego. W cząsteczce chlorowodoru o wzorze HCl występuje jeden atom wodoru o masie atomowej 1 u i jeden atom chloru o masie atomowej 35,5 u. Stosunek masowy wodoru do chloru w cząsteczce chlorowodoru wynosi zatem 1 : 35,5.

W związku o wzorze ogólnym:

AxBy

stosunek masowy jest następujący:

x · masa atomowa pierwiastka A : y · masa atomowa pierwiastka B
R1BAMKMpxZam31
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.
Stosunek masowy pierwiastków w wybranych związkach chemicznych

Wzór chemiczny związku

Nazwa związku

Wyrażenie na stosunek masowy

Stosunek masowy

NaCl

chlorek sodu

masa atomowa sodu : masa atomowa chloru
23 : 35,5
AlCl3

chlorek glinu

masa atomowa glinu : 3 · masa atomowa chloru
27 : 106,5
H2SO4

kwas siarkowy(VI)

2 · masa atomowa wodoru : masa atomowa siarki : 4· masa atomowa tlenu
2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32
C12H22O11

sacharoza

12 · masa atomowa węgla : 22 · masa atomowa wodoru : 11 · masa atomowa tlenu
144 : 22 : 176 = 72 : 11 : 88
i4R8cvVoWJ_d5e433

6. Jak obliczamy procentową zawartość pierwiastka w związku chemicznym?

Zawartość procentowązawartość procentowa pierwiastka w związkuZawartość procentową pierwiastka w związku chemicznym oblicza się według następującego wzoru:

masa atomów danego pierwiastka w najmniejszej strukturze związku chemicznego [u]masa cząsteczkowa związku chemicznego [u] · 100 %

gdzie:

masa atomów pierwiastka = liczba atomów pierwiastka we wzorze związku · masa atomowa pierwiastka

Zawartość procentowa pierwiastka w związku chemicznym to stosunek masy atomów tego pierwiastka (wyrażonej w unitach) w najmniejszej części związku chemicznego do masy cząsteczkowej związku, pomnożony przez 100%. Za najmniejszą część związku chemicznego w przypadku związków kowalencyjnych uważa się cząsteczkę, a w związkach o budowie jonowej – najmniejszy zbiór powtarzających się jonów.

Zawartość procentowa to udział masowy, jaki ma dany pierwiastek w całej masie związku chemicznego. Dlatego czasami wielkość ta jest nazywana procentową zawartością masową. Gdy podane są zawartości procentowe wszystkich pierwiastków tworzących związek, wtedy mówimy o procentowym składzie związku chemicznego.

Skład procentowy chlorowodoru (procentowa zawartość wodoru i chloru w chlorowodorze)

Wzór sumaryczny chlorowodoru

HCl

Stosunek liczby atomów wodoru do liczby atomów chloru

1 : 1

Masa cząsteczkowa chlorowodoru

36,5 u

Procentowa zawartość wodoru

masa atomowa wodoru masa cząsteczkowa chlorowodoru · 100% = 1 u36,5 u·100 % = 2,74%

Procentowa zawartość chloru

masa atomowa chlorumasa cząsteczkowa chlorowodoru · 100% = 35,5 u36,5 u · 100 % = 97,26%

Suma zawartości procentowych wodoru i chloru

2,74% + 97,26% = 100%

Suma zawartości procentowej wszystkich pierwiastków wchodzących w skład związku chemicznego jest zawsze równa 100%. To oznacza, że nie znając zawartości procentowej jednego pierwiastka wchodzącego w skład związku, można ją łatwo obliczyć na podstawie znajomości tej wartości dla pozostałych składników tego związku.

Polecenie 2

Jaka jest zawartość tlenu w tlenku magnezu o wzorze MgO, jeśli zawartość procentowa magnezu w tym związku wynosi 60%?

RgzjMbjzfaoks1
Nagranie prezentuje sposób obliczania składu procentowego na przykładzie cząsteczki tlenku krzemu o wzorze SiO2. Film zaczyna się od planszy z treścią zadania, pod którą pojawia się informacja: Skład procentowy związku to zawartość procentowa wszystkich pierwiastków tworzących związek chemiczny. Następnie pojawiają się pytania o zawartość procentową krzemu oraz tlenu w związku. Wzór na tę zawartość to masa atomów pierwiastka w najmniejszej strukturze związku chemicznego wyrażona w unitach podzielona przez masę cząsteczkową związku chemicznego, pomnożona przez 100 procent. Następnie następuje obliczenie masy cząsteczkowej SiO2. Po lewej stronie ekranu pojawia się czarny pasek z wyciętymi z układu okresowego pierwiastków kwadratami dla tlenu i krzemu. W równanie masy cząsteczkowej podłożone zostają odpowiednie wartości mas atomowych: 28 u dla krzemu i 16 u dla tlenu. Wynik obliczeń to 28 u plus 2 razy 16 u, czyli 60 unitów. Po podłożeniu wszystkich wartości do wzorów na zawartości procentowe wyniki wynoszą 28 unitów przez 60 unitów razy 100%, czyli 46,7 procent dla krzemu oraz 2 razy 16 unitów przez 60 unitów razy 100%, czyli 53,3 procent dla tlenu. Następuje ostateczne podanie wyników i koniec prezentacji.
Procentowa zawartość tlenu w wybranych związkach chemicznych

Wzór związku chemicznego

Nazwa związku chemicznego

Wyrażenie na procentową zawartość tlenu

Procentowa zawartość tlenu [%]

MgO

tlenek magnezu

16 u24 u + 16 u·100%

40,0

SO2

tlenek siarki(IV)

2 · 16 u32 u + 2 · 16 u·100%

50,0

SO3

tlenek siarki(VI)

3 · 16 u32 u + 3 · 16 u·100%

60,0

H2SO3

kwas siarkowy(IV)

3 · 16 u2 · 1u + 32 u + 3 · 16 u·100%

58,5

H2SO4

kwas siarkowy(VI)

4 · 16 u2 · 1u + 32 u + 4 · 16 u·100%

65,3

Ćwiczenie 1

Ustal, jaki pierwiastek chemiczny kryje się pod literą X, jeżeli wiadomo, że masa cząsteczkowa jego tlenku o wzorze X2O5 wynosi 108 u.

i4R8cvVoWJ_d5e611

Podsumowanie

  • Na podstawie wzoru związku chemicznego można obliczyć jego masę cząsteczkową, stosunek masowy poszczególnych pierwiastków chemicznych wchodzących w jego skład, oraz zawartość procentową tych pierwiastków.

  • Masa cząsteczkowa związku chemicznego jest równa sumie mas atomów pierwiastków wchodzących w skład cząsteczki (jeśli związek jest kowalencyjny) lub najmniejszego zbioru powtarzających się jonów (jeśli związek ma budowę jonową). Wyraża się ją w atomowych jednostkach masy.

  • Stosunek mas poszczególnych pierwiastków tworzących związek chemiczny nazywany jest stosunkiem masowym pierwiastków w związku.

  • Udział masowy pierwiastka w związku chemicznym jest nazywany zawartością procentową. Można ją obliczyć ze stosunku masy atomów pierwiastka w najmniejszej strukturze związku chemicznego do masy cząsteczkowej związku pomnożonego przez 100%. Najmniejszą częścią związku kowalencyjnego są cząsteczki, natomiast związku o budowie jonowej – najmniejszy zbiór powtarzających się jonów.

Praca domowa
Polecenie 3.1

Uszereguj podane związki chemiczne według rosnących mas cząsteczkowych: H3PO4, Al(OH)3, Ca(NO3)2.

Polecenie 3.2

Oblicz, w którym z wymienionych związków procentowa zawartość żelaza jest największa: FeO, Fe2O3, Fe(OH)3.

i4R8cvVoWJ_d5e670

Słowniczek

masa cząsteczkowa pierwiastka chemicznego
masa cząsteczkowa pierwiastka chemicznego

masa cząsteczki pierwiastka chemicznego wyrażona w atomowych jednostkach masy

masa cząsteczkowa związku chemicznego
masa cząsteczkowa związku chemicznego

masa cząsteczki (związek kowalencyjny) bądź najmniejszego zbioru powtarzających się jonów o przeciwnych znakach (związek jonowy) wyrażona w atomowych jednostkach masy

stosunek masowy pierwiastków chemicznych
stosunek masowy pierwiastków chemicznych

stosunek mas poszczególnych pierwiastków wchodzących w skład związku chemicznego

zawartość procentowa pierwiastka w związku chemicznym
zawartość procentowa pierwiastka w związku chemicznym

udział masowy danego pierwiastka w związku chemicznym; stosunek masy atomów pierwiastka w najmniejszej strukturze związku chemicznego do masy cząsteczkowej związku pomnożony przez 100%; za najmniejszą część związku chemicznego uważa się cząsteczkę (w przypadku związków kowalencyjnych) bądź najmniejszy zbiór powtarzających się jonów (w związku o budowie jonowej)

i4R8cvVoWJ_d5e759

Zadania

Ćwiczenie 2
RPXC9i277B19s1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
R1YeuU5rONYWE1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
R180sHgzUzVDO1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 5
R1TNdGYe0lmoe1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 6
RLpkr2zT2OTgs1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 7
Rm7pNR2Fk9eDO1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 8
Rcq1ARKNgIijU1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 9
RVhpQsaKFgRdo1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 10
R10ahgcKR3PZa1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 11
REz0o1hPtOofF1
zadanie interaktywne
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 12
R1CShGXmN4Xov1
zadanie interaktywne
Źródło: Agnieszka Kamińska-Ostęp, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.