Страница 25 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Чем вызвана необходимость введения новой единицы массы для атомов и молекул?

Необходимость введения новой, специальной единицы массы для атомов и молекул — атомной единицы массы (а.е.м.) — вызвана, в первую очередь, чрезвычайно малыми абсолютными значениями их масс.

Использование стандартной единицы массы системы СИ, килограмма (кг), для выражения масс таких микроскопических частиц крайне неудобно. Например, масса одного атома наиболее распространенного изотопа углерода, углерода-12, составляет приблизительно $1.99 \times 10^{-26}$ кг. Оперировать такими числами с большими отрицательными степенями в расчетах сложно, не наглядно и может приводить к ошибкам. Сравнивать массы разных атомов, записанные в таком виде, также затруднительно.

Поэтому была введена относительная шкала масс. За эталон была выбрана масса конкретного атома, и массы всех остальных атомов и молекул стали выражать относительно этого эталона. В современной физике и химии такой эталонной единицей является атомная единица массы (а.е.м.), также называемая дальтоном (Да).

По определению, 1 атомная единица массы равна $\frac{1}{12}$ массы одного нейтрального атома изотопа углерода-12 ($^{12}\text{C}$) в его основном состоянии:

$$1 \text{ а.е.м.} = \frac{1}{12} m(^{12}\text{C}) \approx 1.66054 \times 10^{-27} \text{ кг}$$

Использование а.е.м. дает несколько ключевых преимуществ:

1. Удобство: Массы атомов, выраженные в а.е.м., становятся малыми, близкими к целым числами. Например, относительная атомная масса водорода ≈ 1 а.е.м., гелия ≈ 4 а.е.м., а углерода-12 — ровно 12 а.е.м. Этими числами гораздо проще оперировать.
2. Наглядность: Относительная атомная масса элемента в а.е.м. численно близка к его массовому числу (сумме протонов и нейтронов в ядре), что дает интуитивное представление о строении атома.
3. Связь с макромиром: Атомная единица массы является мостом между микроскопическим миром атомов и макроскопическим миром, с которым мы имеем дело в лаборатории. Численное значение средней атомной массы элемента в а.е.м. совпадает с численным значением его молярной массы, выраженной в граммах на моль (г/моль). Это упрощает все стехиометрические расчеты в химии.

Таким образом, введение а.е.м. было вызвано практической необходимостью упростить расчеты и сделать более удобным и наглядным представление масс мельчайших частиц вещества.

Ответ: Необходимость введения новой единицы массы для атомов и молекул (атомной единицы массы) вызвана тем, что их абсолютные массы в стандартных единицах (килограммах) чрезвычайно малы и неудобны для расчетов и сравнений. Новая единица позволяет работать с простыми, близкими к целым числами, что значительно упрощает вычисления и делает сравнение масс атомов более наглядным.

Объясните, почему масса, измеренная в килограммах, является относительной массой.

Масса, измеренная в килограммах, называется относительной, потому что сам процесс измерения любой физической величины представляет собой сравнение. Когда мы измеряем массу тела, мы сравниваем ее с массой, принятой за эталон. Результат этого сравнения — число, которое показывает, во сколько раз масса нашего тела больше или меньше массы эталона.

До 2019 года эталоном массы в 1 килограмм служил конкретный физический объект — цилиндр из платиново-иридиевого сплава, известный как Международный прототип килограмма (МПК), который хранился во Франции. Масса любого объекта в мире, выраженная в килограммах, была по сути отношением массы этого объекта к массе МПК. Например, если масса мешка с картошкой составляла 10 кг, это означало, что его масса в 10 раз превышает массу эталонного цилиндра. Это самый наглядный пример того, почему масса является относительной величиной — она измерялась относительно конкретного эталона.

С 2019 года определение килограмма изменилось. Теперь оно основано не на физическом объекте, а на фундаментальной физической постоянной — постоянной Планка ($h$). Это сделало единицу массы более стабильной и универсальной. Однако принцип относительности измерения сохранился. Хотя эталон теперь нематериален и определен через константу, любое практическое измерение массы по-прежнему является процедурой сравнения. Лабораторные весы калибруются с помощью эталонных гирь, масса которых, в свою очередь, с высокой точностью определена путем сравнений, восходящих к реализации нового определения килограмма.

Таким образом, любое значение массы, выраженное в килограммах (или любых других единицах), является относительным, так как оно выражает отношение массы измеряемого тела к массе, принятой за единицу.

Ответ: Масса, измеренная в килограммах, является относительной массой, поскольку любое измерение — это процесс сравнения измеряемой величины с эталоном. Результат измерения показывает, во сколько раз масса тела больше или меньше массы эталона (1 кг). Таким образом, измеренное значение массы всегда выражается относительно принятой единицы измерения.

Может ли массовая доля химического элемента в сложном веществе быть меньше 0? больше 1? Дайте обоснованный ответ.

Массовая доля химического элемента в веществе — это безразмерная величина, которая показывает отношение суммарной массы атомов этого элемента в веществе к массе всего вещества. Она определяется по формуле:

$w(Э) = \frac{m(Э)}{m(\text{вещества})}$

где $m(Э)$ — масса элемента в веществе, а $m(\text{вещества})$ — масса всего вещества. Также для расчетов можно использовать относительные атомные и молекулярные массы:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(\text{вещества})}$

где $n$ — число атомов элемента в формульной единице, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(\text{вещества})$ — относительная молекулярная (или формульная) масса вещества.

Может ли массовая доля быть меньше 0?

Масса является физической величиной, которая по своему определению не может быть отрицательной. Как масса элемента ($m(Э)$), так и масса всего сложного вещества ($m(\text{вещества})$) могут быть либо равны нулю, либо положительными. Чтобы вещество существовало, его масса должна быть строго больше нуля ($m(\text{вещества}) > 0$). Масса элемента в этом веществе будет больше или равна нулю ($m(Э) \ge 0$). Отношение неотрицательного числа к положительному числу никогда не может быть отрицательным. В крайнем случае, если рассматриваемый элемент отсутствует в веществе, его масса равна нулю, и, следовательно, массовая доля тоже равна нулю. Таким образом, массовая доля элемента не может принимать отрицательные значения.

Ответ: нет, не может.

Может ли массовая доля быть больше 1?

Массовая доля характеризует часть, которую составляет элемент от целого (вещества). Сложное вещество по определению состоит из атомов как минимум двух разных химических элементов. Общая масса вещества — это сумма масс всех элементов, входящих в его состав: $m(\text{вещества}) = m(Э_1) + m(Э_2) + \dots$. Так как масса любого элемента — величина положительная, масса одного конкретного элемента ($m(Э)$) всегда будет меньше общей массы сложного вещества ($m(Э) < m(\text{вещества})$). При делении меньшего положительного числа (массы элемента) на большее (массу вещества) результат всегда будет меньше единицы. Массовая доля может быть равна 1 (или 100%) только в том случае, если вещество является простым, то есть состоит из атомов одного единственного элемента. Для сложного вещества это невозможно.

Ответ: нет, не может.