Регистр

Строчные g и mol, без точки. Курсивная M — обозначение величины, единица пишется прямым шрифтом.

Не путать

M — молярная масса, g/mol. Mr — относительная молекулярная масса, без единицы. Прямая M — молярность, mol/L.

На плите — магнитный масс-спектрометр в разрезе. Нить источника светится, ионы разгоняются и влетают в поле магнита. Три пучка изгибаются по разным дугам, в щель коллектора попадает только средний, коллектор вспыхивает. Наверху на экране по очереди встают три пика хлора, 70, 72 и 74. Внизу метка идёт по шкале масс до 18,015 — столько граммов весит моль воды.

Паспорт единицы · молярная масса

Грамм на моль

Производная единица СИ — kg/mol · на практике g/mol · величина: молярная масса

Чтобы взять 6,022·10²³ молекул воды, химик не считает их. Он отвешивает 18,015 g. Это число и есть молярная масса: сколько граммов весит один моль вещества. У соли она 58,44 g/mol, у сахара 342,3, у гемоглобина около 64 500.

Молярную массу складывают из атомных масс по формуле молекулы. Атомные массы измеряет масс-спектрометр: магнит разводит ионы по массе, тяжёлые летят по более пологой дуге. Единица СИ — kg/mol, но в лабораториях пишут g/mol. Так число совпадает с массой молекулы в дальтонах.

Обозначение	g/mol · в СИ kg/mol
Определение	M = m / n — масса вещества, делённая на его количество
Опорные значения	M(¹²C) = 12,000 000 012 6 g/mol · M_u = 1,000 000 001 05 g/mol
Введена	граммовые атомные веса — с XIX века · kg/mol — с принятия моля в СИ, 1971
Стандарты	ISO 80000-9 · IUPAC Green Book · CIAAW 2021
Типичные значения	18,015 g/mol — вода · 180,16 — глюкоза · 64 500 — гемоглобин

К пересчёту К масс-спектрометру

01 · Определение

Масса одного моля

Возьмите вещество и разделите его массу на количество вещества в молях. Получится молярная масса M. У чистого вещества она постоянна. 9 g воды — это 0,5 mol, 36 g — 2 mol, а отношение всегда 18,015 g/mol.

Считают её по формуле молекулы. Атомную массу каждого элемента берут из таблицы IUPAC, умножают на число атомов и складывают. Атомные массы — средние по природной смеси изотопов. Поэтому у хлора 35,45, а не целое число.

M — молярная масса, g/mol · m — масса, g · n — количество вещества, mol · ν — число атомов в формуле · A_r — относительная атомная масса · N_A = 6,022 140 76·10²³ mol⁻¹

Интерактив · молекула из атомов

Сложите молекулу и взвесьте моль

Шарики — атомы молекулы, размер растёт с атомной массой. Полоса под ними — та же масса по частям: какая доля молярной массы приходится на каждый элемент. Чёрный — углерод, синий — водород, зелёный — азот, малиновый — кислород, серый — хлор.

слева: формула полоса — доли массы, %

Молярная масса

M = Σ ν·A_r · 1 g/mol

Одна молекула

m = M / N_A

В 100 g

n = m / M

Химические формулы · вещества листаатомные массы CIAAW 2021

Соты · молекулы из источника

Что летит в спектрометр

В каждой соте — скелетная формула вещества из опыта. Углы и концы линий — атомы углерода, водород при них не рисуют, двойная черта — двойная связь. Зелёным отмечен азот, малиновым — кислород. Под формулой зелёное число — молярная масса в g/mol. В центре кофеин: синяя искра бежит по его кольцам.

все шесть веществ из сцены и глюкоза из блока 01числа — g/mol · у Cl₂ и Br₂ подписаны изотопы

Интерактив · магнитный масс-спектрометр и весы

Магнит разводит ионы по массе

В центре — масс-спектрометр в разрезе. Пары вещества попадают в источник, раскалённая нить выбивает из молекул электроны, напряжение U разгоняет ионы. В поле магнита B ион летит по дуге радиуса r = √(2mU/e) / B: чем тяжелее, тем дуга положе. Синие пунктиры — пучки ионов разной массы, их яркость — доля таких молекул в природе. Разлёт пучков на рисунке увеличен в 8 раз, иначе соседние массы слились бы в одну дугу. В щель коллектора попадает только пучок, у которого радиус ровно 200 mm, коллектор загорается малиновым. Поле медленно меняется, и на экране справа малиновой линией записывается спектр, синяя черта — масса на щели сейчас. Под экраном — весы: на них кладут ровно один моль вещества. Пульт слева показывает молярную массу и режим прибора. Щелчок по спектрометру ставит поле на высший пик, по весам — кладёт моль. Если 20 s ничего не трогать, опыты пойдут сами.

слева: пульт, молярная масса и режим приборасправа: спектр по m/z и весы с одним молем, развёртка поля 8 s

Вещество в источнике

Действия

Поле магнита B—

Ускоряющее U4,0 kV

Молярная масса

—

—

Масса на щели

—

—

Ток коллектора

—

—

На весах

—

—

График · спектр, радиус и моль на весах

02 · Пересчёт

В граммах на моль

Дальтон и g/mol дают одно и то же число, но это разные величины. Дальтон — масса одной молекулы, g/mol — масса моля. После 2019 года числа совпадают не точно: по CODATA 2022 они расходятся на 1,05·10⁻⁹, это далеко за пределами любых весов.

В инженерных таблицах встречаются kg/kmol и lb/lb-mol. Число у них то же, что у g/mol: киломоль в тысячу раз больше моля, и килограмм тоже. Фунт-моль — это 453,59 mol.

03 · Порядки величин

Молярная масса от 1 g/mol до 10¹² g/mol, шкала логарифмическая

04 · Приборы измерения

магнитный масс-спектрометр

Ионы разгоняют напряжением и пускают в поле магнита. Радиус дуги зависит от отношения массы к заряду. Меняя поле, по очереди ставят на щель каждый изотоп и меряют его долю. Так получены все атомные массы таблицы.

времяпролётный спектрометр

Все ионы получают одинаковый толчок и летят по пустой трубе. Лёгкие долетают раньше, время растёт как корень из массы. Вместе с лазерной десорбцией MALDI так взвешивают белки массой в сотни тысяч g/mol.

криоскоп Бекмана

Навеску растворяют в воде или бензоле, и раствор замерзает ниже чистого растворителя. Понижение ΔT зависит от числа растворённых частиц, а не от их сорта. Из ΔT и навески получают M, так в 1880-х работал Рауль.

колба Дюма

Колбу с каплей жидкости держат в кипящей бане, лишний пар выходит через капилляр. Потом капилляр запаивают и взвешивают колбу. Масса пара, объём, давление и температура дают M по закону идеального газа.

05 · Правила записи

Верно

M(H₂O) = 18,015 g/mol — вещество в скобках

M = 0,018 015 kg/mol — то же в основных единицах СИ

Mr(H₂O) = 18,015 — относительная масса без единицы

m = 64,5 kDa — масса одной молекулы белка

Неверно

18 g/mole — обозначение mol, слово mole не пишут

M(H₂O) = 18 g — это масса, а не масса на моль

Mr = 18 g/mol — у относительной массы нет единицы

«молекулярный вес 18» — старое название, вес — это сила

06 · Соседние единицы

07 · Исторический раздел

пластинка Астона · Ne

Метрологическая заметка

Атомная масса элемента зависит от того, где взят образец. Водород из морской воды и из природного газа содержит разную долю дейтерия. Поэтому CIAAW даёт для водорода интервал 1,007 84—1,008 11, а в расчётах берут условное 1,008. Из-за этого молярная масса воды точна только до пятого знака.

Сама шкала держится на углероде-12. До 2019 года M(¹²C) было ровно 12 g/mol по определению. После того как моль определили через число Авогадро, его стали измерять: по CODATA 2022 — 12,000 000 012 6 g/mol с неопределённостью 3,7·10⁻⁹ g/mol. Химик эту разницу не заметит.

интервал CIAAW · H

Каталог величин

весь указатель →

основа системы · 7 единиц

Семь основных единиц СИ

Указатель · все величины на одной странице

Лаборатория у входа в указатель

Капля кислоты меняет цвет сока, соль красит пламя, вода замерзает от стука. Под ними — все листы Simetrium по дисциплинам и по алфавиту.

Открыть указатель →

08 · Ваш язык

каждая ссылка — настоящая страница локали

Читайте на своём языке

переведён и вычитанчерновой переводв очереди