Молярная масса

Моля́рная ма́сса — характеристика вещества, отношение массы вещества к его количеству. Численно равна массе одного моля вещества, то есть массе вещества, содержащего число частиц, равное числу Авогадро. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно совпадает (до 2019 года точно, а с 2019 года приблизительно в связи с изменениями определений основных единиц СИ) с молекулярной массой, выраженной в а. е. м., и относительной молекулярной массой. Однако надо чётко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и отличаются по размерности.

Связь между молярной массой и относительной молекулярной массой определяется константой молярной массы, которая равна 1⁄12 от молярной массы углерода-12. Её значение, рекомендованное CODATA с 2022 года:

M_u = 1,000 000 001 05(31)⋅10^-3 кг/моль.

Ранее, с 2018 года, её значение, рекомендованное CODATA, было:

M_u = 0,999 999 999 65(30)⋅10^-3 кг/моль.

Например, молярная масса кислорода как элемента $M\left({\ce {O}}\right)=16$ г/моль, а в виде простого вещества, состоящего из молекул ${\ce {O2}}$, $M\left({\ce {O2}}\right)=32$ г/моль.

Молярные массы сложных молекул можно определить, суммируя молярные массы входящих в них элементов. Например, молярная масса воды ${\ce {H2O}}$ есть

$M({\ce {H2O}})=2\cdot M({\ce {H}})+M({\ce {O}})=2\cdot 1~{\text{г/моль}}+16~{\text{г/моль}}=18~{\text{г/моль}}.$

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения молярной массы является килограмм на моль (русское обозначение: кг/моль; международное: kg/mol), но из-за того, что когда молярная масса выражена в г/моль, её численное значение совпадает с относительной молекулярной массой, исторически сложилось, что молярную массу, как правило, выражают в г/моль.

Молярную массу в формулах обычно обозначают заглавной буквой $M$.

Молярная масса некоторых веществ и смесей

Элемент, вещество или смесь	Молярная масса (округлённая до целых), г/моль
$\color {Blue}{\ce {N}}$	14
$\color {Blue}{\ce {N2}}$	28
$\color {Blue}{\ce {Ar}}$	40
$\color {Blue}{\ce {H}}$	1
$\color {Blue}{\ce {H2}}$	2
$\color {Blue}{\ce {H2O}}$	18
$\color {Blue}{\ce {He}}$	4
Воздух	29
$\color {Blue}{\ce {O}}$	16
$\color {Blue}{\ce {O2}}$	32
$\color {Blue}{\ce {C}}$	12
$\color {Blue}{\ce {CO2}}$	44
$\color {Blue}{\ce {S}}$	32
$\color {Blue}{\ce {Li}}$	7
$\color {Blue}{\ce {Ne}}$	20
$\color {Blue}{\ce {Ag}}$	108
$\color {Blue}{\ce {Mo}}$	96

Округлённые до целого числа молярные массы некоторых веществ и смесей приведены в таблице.

Средняя молярная масса

Средняя молярная масса ${\bar {M}}$ смеси нескольких индивидуальных веществ с разными молярными массами $M_{1},\,M_{2},\,\dots ,\,M_{n}$ может быть вычислена через мольные доли $x_{1},\,x_{2},\,\dots ,\,x_{n}$ веществ в смеси как среднее арифметическое взвешенное мольных долей:

${\bar {M}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}x_{i}M_{i}}{\sum _{i=1}^{n}x_{i}}}=\sum _{i=1}^{n}x_{i}M_{i},$

так как $\sum _{i=1}^{n}x_{i}=1.$

Если состав вещества задан через массовые доли $w_{1},\,w_{2},\,\dots ,\,w_{n}$ индивидуальных веществ, то средняя молярная масса определяется через среднее гармоническое взвешенное массовых долей:

${\bar {M}}={\frac {\sum _{i=1}^{n}w_{i}}{\sum _{i=1}^{n}w_{i}/M_{i}}}={\frac {1}{\sum _{i=1}^{n}w_{i}/M_{i}}}.$

Средняя молярная масса важна для смесей газов, так как входит в термодинамические уравнения состояния газовых смесей.

Например, молярная масса воздуха ${\bar {M_{a}}}$, в предположении, для простоты пренебрегаем другими газами, что он состоит на 23,2 масс. % (21 об. %) из кислорода, 75,4 масс. % (78 об. %) азота и 1,4 масс. % (1 об. %) аргона (молярные массы 32; 28 и 40 г/моль соответственно) даёт для средней молярной массы воздуха:

${\bar {M_{a}}}={\frac {21\cdot 32+78\cdot 28+1\cdot 40}{100}}={\frac {100}{75{,}4/28+23{,}2/32+1{,}4/40}}=28{,}96$ г/моль.

Более точный расчет средней молярной массы сухого воздуха дает 28,97 г/моль.

Для высокомолекулярных веществ, состоящих из молекул с разной молярной массой, например, полимеров, иногда указывают среднюю молярную массу или диапазон молярных масс.

Литература

• Глинка Н. Л. Общая химия: Учеб. пособие для вузов /Под ред. А. И. Ермакова. — 30-е изд., испр. — М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 2005. — 728 с.: ил. — ISBN 5-89602-017-1.