3.8: 화합물의 공식 질량 및 몰 개념

공유결합 화합물의 공식 질량

화학 공식은 물질의 원소 구성을 나타냅니다. 공유결합 화합물의 경우, 공식은 물질의 단일 분자를 구성하는 원자의 수와 유형을 나타냅니다. 따라서 공식 질량은 분자 질량으로 올바르게 참조될 수 있습니다. 공유결합 화합물인 클로로포름(CHC_l3)의 분자식은 단일 분자가 탄소 원자 1개, 수소 원자 1개, 염소 원자 3개를 포함한다는 것을 나타냅니다. 클로로포름 분자의 평균 분자 질량은 다음 원자의 평균 원자 질량의 합과 같습니다.

이온 화합물의 공식 질량

이온성 화합물은 전기적으로 중성인 벌크 물질을 생성하는 비율로 결합된 개별 양이온과 음이온으로 구성됩니다. 이온 화합물의 공식 질량은 공유 결합 화합물의 공식 질량과 동일한 방식으로 계산됩니다. 즉, 화합물의 공식에 있는 모든 원자의 평균 원자 질량을 합산합니다. 그러나 이온성 화합물의 공식은 개별 분자의 구성을 나타내지 않으므로 '분자량'으로 정확하게 지칭할 수 없습니다.

예를 들어, 일반 식용 소금 또는 염화나트륨(NaCl)은 나트륨 양이온(Na^+)과 염화물 음이온(Cl^-)이 1:1 비율로 결합된 이온 화합물입니다. 이 화합물의 공식 질량은 구성 요소의 평균 원자 질량을 더하여 계산됩니다.

이온 화합물의 공식 질량을 계산할 때 나트륨 양이온과 염화물 음이온의 질량 대신 중성 나트륨 및 염소 원자의 평균 질량이 사용되었습니다. 나트륨 양이온이 나트륨 원자보다 질량이 약간 작더라도(전자가 없기 때문에) 이 차이는 염화물 음이온이 염소 원자보다 약간 더 무겁다는 사실(추가 전자로 인해)로 상쇄됩니다. . 더욱이, 전자의 질량은 일반적인 원자의 질량에 비해 무시할 수 있을 정도로 작습니다.

질량 백분율 구성

화합물의 원소 구성은 그 화학적 정체성을 정의하며, 화학식은 이 원소 구성을 나타내는 가장 간결한 방법입니다. 화합물의 각 원소의 질량 백분율을 해당 특정 원소의 질량 백분율이라고 합니다. 조성 백분율은 각 원소의 질량을 화합물의 전체 질량으로 나눈 다음 백분율로 변환하여 계산할 수 있습니다.

백분율 조성은 알려진 공식의 다양한 화합물에서 특정 원소의 상대적 존재비를 평가하는 데 유용합니다. 해당 화합물의 분자식이나 실험식을 알고 있는 한, 조성 백분율은 화합물 원소의 원자 질량이나 몰 질량에서 파생될 수 있습니다.

예를 들어, 질산(HNO_3) 한 분자에는 14.01 amu의 질소 원자 1개, 1.008 amu의 수소 원자 1개, (3 × 16.00 amu) = 48.00 amu의 산소 원자 3개가 포함되어 있습니다. 따라서 질산의 공식 질량은 (14.01 amu + 1.008 amu + 48.00 amu) = 63.02 amu이며, 조성 비율은 다음과 같습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Formula Mass and the Mole Concept and Openstax, Chemistry 2e, Section 3.2: Determining Empirical and Molecular Formulas.

화합물의 가장 작은 표현 단위는 화학식으로 묘사된 분자입니다. 화학식에 포함된 모든 원자의 원자량을 합하면 원자량 단위로 측정한 화합물의 분자 질량 이 됩니다. 예를 들어 자당이나 설탕의 분자량을 구하려면 각 원소의 원자량에 해당 원소의 원자 수를 곱합니다.

총 합이 자당의 분자량이 됩니다. 화합물 일 몰에 존재하는 모든 분자 의 질량을 몰 당 그램 단위로 측정한 것을 몰질량이라고 합니다. 화합물의 몰질량은 수치적으로 분자량(또는 화학식-질량)과 동일합니다.

예를 들어, 분자량이 342.3 원자량 단위인 자당은 몰질량이 몰 당 342.3 그램일 것입니다. 화학 물질에 존재하는 실제 분자나 입자의 수를 아는 것은 그 구성, 상호작용, 그리고 조합을 이해하는 데 필수적입니다. 그러나 주어진 화합물 표본을 가지고 일반적인 방법으로 실제 분자 수를 세는 것은 비현실적입니다.

몰질량과 몰, 아보가드로수 사이의 관계를 이용하여 존재하는 총 분자를 계산할 수 있습니다. 개념에 따르면 화합물의 몰질량은 6.022 곱하기 10의 23승 입자로 구성된 화합물 일 몰과 동일합니다. 따라서 342.3그램의 자당류에는6.022 곱하기 10의 23승개의 자당 분자가 포함됩니다.

예를 들어 자당 샘플의 무게가 150그램이라면 교차 곱하기 방법을 사용한 계산으로 분자의 수를 결정할 수 있습니다. 결과 150그램의 자당에는 2.63 곱하기 10의 23승개의 자당분자가 있습니다. 화합물 내 각 원소의 백분율은 질량-백분율 값을 사용하여 표시할 수 있습니다.

계산방법은 일 몰의 화합물에 있는 원소의 질량을 일 몰 화합물의 총 질량으로 나누고 백분율로 변환합니다. 실제로 자당에 있는 수소의 질량 백분율을 계산하기 위해 수소 원자의 총 질량과 자당 분자의 총 질량을 공식에 넣어 봅니다. 계산된 값은 자당이 6.4 질량 백분율의 수소를 함유하고 있음을 보여줍니다.