1. Co to jest masa atomowa pierwiastka?

Masa atomu jest bardzo mała, stanowi tylko niewielką część grama (około 10Indeks górny -24^-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^-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.

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.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1BibgbAf

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:

$\mathrm{masa atomowa chloru}= \mathrm{35,5}\mathrm{ u}$

$\mathrm{masa atomowa miedzi}= \mathrm{63,5}\mathrm{ u}$

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:

$\mathrm{masa atomowa magnezu}= \mathrm{24,31}\mathrm{ u }\approx 24\mathrm{ u}$

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

$\mathrm{masa\; atomowa\; litu}=\mathrm{6,94}u\approx 7u$

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.

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.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

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.

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.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

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

Ilustracja przedstawia różnice i podobieństwa pomiędzy pojęciami masy atomowej i masy cząsteczkowej. Dokonano tego na przykładzie atomów wodoru i tlenu oraz cząsteczki wody. Plansza podzielona jest na dwie grupy, jednak bez wyraźnych granic - u lewa strona podpisana jest Masa atomowa, a prawa Masa cząsteczkowa. Po lewej stronie planszy w górnej jej części znajduje się biała kulka symbolizująca atom wodoru. Jak głosi podpis, jego masa atomowa wynosi 1 unit. Następny w kolejności jest atom tlenu symbolizowany przez większą czerwoną kulkę, którego masa atomowa to 16 unitów. I wreszcie po prawej stronie planszy znajduje się model cząsteczki wody z jednej czerwonej kulki i dwóch białych podpisany 2 atomy wodoru plus jeden atom tlenu. Jej masa cząsteczkowa, jak głosi napis poniżej, to 2 razy 1 unit plus 16 unitów, czyli razem 18 unitów. Do wartości liczbowych od dołu prowadzą żółte strzałki z opisem Masy atomowe odczytane z układu okresowego.

Masy cząsteczkowe przykładowych związków chemicznych

Wzór sumaryczny	Nazwa związku	Wyrażenie na masę cząsteczkową związku	Wartość masy cząsteczkowej [u]
$\text{NaCl}$	chlorek sodu	$\text{masa atomowa chloru }\text{+}\text{masa atomowa sodu }\text{=}$ $\text{35, 5}\text{u }\text{+}\text{23}\text{u}$	58,5
${\text{AlCl}}_{\text{3}}$	chlorek glinu	$\text{masa atomowa }\text{glinu}\text{+}\text{3}\text{· masa atomowa chloru }\text{=}$ $\text{27 }\text{u}\text{+3}\text{·}\text{35, 5 }\text{u}$	133,5
${\text{CH}}_{\text{4}}$	metan	$\text{masa atomowa w}\text{ę}\text{gla }\text{+}\text{4}\text{· masa atomowa wodoru }\text{=}$ $\text{12}\text{u }\text{+}\text{4}\text{· }\text{1}\text{u}$	16
${\text{H}}_{\text{2}}{\text{SO}}_{\text{4}}$	kwas siarkowy(VI)	$\text{2}\text{· masa atomowa wodoru }\text{+}\text{masa atomowa siarki }\text{+}\text{4}\text{· masa atomowa tlenu }\text{=}$ $\text{2}\text{· }\text{1}\text{u }\text{+}\text{32}\text{u }\text{+}\text{4}\text{· }\text{16}\text{u}$	98
${\text{C}}_{\text{12}}{\text{H}}_{\text{22}}{\text{O}}_{\text{11}}$	sacharoza	$\text{12 · masa atomowa węgla + 22 · masa atomowa wodoru + 11 · masa atomowa tlenu =}$ $\text{12 · 12 u + 22 ·1 u + 11 · 16 u}$	342
${\text{Mg(OH)}}_{\text{2}}$	wodorotlenek magnezu	$\text{masa}\text{atomowa}\text{magnezu}\text{+}\text{2}\text{· masa atomowa tlenu }\text{+}\text{2}\text{· masa atomowa wodoru }\text{=}$ $\text{24}\text{u}\text{+}\text{2}\text{· }\text{16}\text{u }\text{+}\text{2}\text{· }\text{1}\text{u}$	58

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 ${\text{N}}_{\text{2}}$, wynosi:

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 $\text{HCl}$ 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: ${\text{H}}_{\text{2}}\text{O}$, stosunek liczby atomów wodoru do liczby atomów tlenu wynosi 2 : 1.

RZad2XqMc5Uea1

Ilustracja przedstawia stosunek liczby atomów wodoru, fosforu i tlenu w kwasie fosforowym pięć. Górna część planszy zawiera wzór tego związku: H3PO4. Do indeksów stechiometrycznych poszczególnych atomów. Komentarze przy strzałkach informują, licząc od lewej, że w cząsteczce wyróżnić można trzy atomy wodoru, jeden atom fosforu i cztery atomy wody. Na tej podstawie u dołu planszy stosunek wyrażany jest jako trzy do jeden do czterech.

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 $\text{HCl}$ 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:

stosunek masowy jest następujący:

R1BAMKMpxZam31

Ilustracja przedstawia obliczanie stosunku masowego pierwiastków dla wody. W górnej jej części znajduje się rysunek modelu cząsteczki wody i jej wzór sumaryczny. Poniżej znajduje się wyróżniona kolorem niebieskim informacja, że w przypadku tej cząsteczki stosunkiem będzie proporcja masy wodoru do masy tlenu. Obliczenia wyglądają następująco: dwa razy jeden unit do szesnastu unitów to proporcja dwa do szesnastu, czyli jeden do ośmiu.

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:

gdzie:

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.

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.

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.

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.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

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.

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.

Słowniczek

Zadania