масса атома углерода чему равна
Углерод, свойства атома, химические и физические свойства
Углерод, свойства атома, химические и физические свойства.
12,0096-12,0116* 1s 2 2s 2 2p 2
Углерод — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 6. Расположен в 14-й группе (по старой классификации — главной подгруппе четвертой группы), втором периоде периодической системы.
Атом и молекула углерода. Формула углерода. Строение атома углерода:
Углерод – неметалл.
Углерод обладает способностью образовывать полимерные цепочки, что порождает огромный класс соединений на основе углерода, называемых органическими, которых значительно больше, чем неорганических.
Углерод обозначается символом С.
Молекула углерода одноатомна.
Химическая формула углерода С.
Строение атома углерода. Атом углерода состоит из положительно заряженного ядра (+6), вокруг которого по двум оболочкам движется 6 электронов. При этом 2 электрона находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку углерод расположен во втором периоде, оболочек всего две. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внешняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома углерода на 2s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 2p-орбитали находятся два неспаренных электрона. В свою очередь ядро атома углерода состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Углерод относится к элементам p-семейства.
Радиус атома углерода (вычисленный) составляет 67 пм.
Атомная масса атома углерода составляет 12,0096-12,0116 а. е. м.
Содержание углерода в земной коре составляет 0,18 %, в морской воде и океане – 0,0028 %.
Изотопы и модификации углерода:
Свойства углерода (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
| 100 | Общие сведения | |||
| 101 | Название | Углерод | ||
| 102 | Прежнее название | |||
| 103 | Латинское название | Carboneum | ||
| 104 | Английское название | Carbon | ||
| 105 | Символ | С | ||
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 6 | ||
| 107 | Тип | Неметалл | ||
| 108 | Группа | |||
| 109 | Открыт | Известен с древних времен | ||
| 110 | Год открытия | 3750 г. до н.э. | ||
| 111 | Внешний вид и пр. | Матово-чёрный (графит) либо прозрачный (алмаз) минерал | ||
| 112 | Происхождение | Природный материал | ||
| 113 | Модификации | |||
| 114 | Аллотропные модификации | более 10 аллотропных модификаций углерода. Из них наиболее известны: – графин | ||
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |||
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |||
| 117 | Двумерные материалы | Графен, графин | ||
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | в составе углекислого газа и метана, содержание которых в атмосфере и воздухе 0,046 % и 0,000084 % соответственно | ||
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,18 % | ||
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 0,0028 % | ||
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 0,5 % | ||
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 0,3 % | ||
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 1,5 % | ||
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | 23 % | ||
| 200 | Свойства атома | |||
| 201 | Атомная масса (молярная масса)* | 12,0096-12,0116 а. е. м. (г/моль) | ||
| 202 | Электронная конфигурация | 1s 2 2s 2 2p 2 | ||
| 203 | Электронная оболочка | K2 L4 M0 N0 O0 P0 Q0 R0
| ||
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 67 пм | ||
| 205 | Эмпирический радиус атома | 70 пм | ||
| 206 | Ковалентный радиус* | 76 пм | ||
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | C 4+ 3,515 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело) – алмаз | ||
| 402 | Температура плавления | |||
| 403 | Температура кипения | |||
| 404 | Температура сублимации | 3642 °C (3915 K, 6588 °F) – графит | ||
| 405 | Температура разложения | 1000 °C (1273 K, 1832 °F) – алмаз. Продукты разложения алмаза – графит | ||
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |||
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) | |||
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) | 715 кДж/моль (сублимация) | ||
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |||
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 8,517Дж/(K·моль) – графит, 6,155 Дж/(K·моль) – алмаз, | ||
| 411 | Молярный объём | 5,31 см³/моль – графит, 3,42 см³/моль – алмаз, | ||
| 412 | Теплопроводность | 119-165 Вт/(м·К) (при стандартных условиях ) – графит, 900-2300 Вт/(м·К) (при стандартных условиях ) – алмаз | ||
| 500 | Кристаллическая решётка | |||
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-графит | ||
| 512 | Структура решётки | Гексагональная
| ||
| 513 | Параметры решётки | a = 2,46 Å, c = 6,71 Å | ||
| 514 | Отношение c/a | 2,73 | ||
| 515 | Температура Дебая | |||
| 516 | Название пространственной группы симметрии | P63/mmc | ||
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 194 | ||
| 521 | Кристаллическая решётка #2 | Алмаз | ||
| 522 | Структура решётки | Кубическая алмазная
| ||
| 523 | Параметры решётки | a = 3,567 Å | ||
| 524 | Отношение c/a | |||
| 525 | Температура Дебая | 1860 K | ||
| 526 | Название пространственной группы симметрии | Fd_ 3m | ||
| 527 | Номер пространственной группы симметрии | 225 | ||
| 900 | Дополнительные сведения | |||
| 901 | Номер CAS | 7782-42-5 – графит, 201* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе. 206* Ковалентный радиус углерода согласно [1] составляет для sp 3 – 77 пм, для sp 2 – 73 пм, sp – 69 пм, согласно [3] составляет 77 пм. 401* Плотность графита согласно [3] составляет 2,25 г/см 3 (при 0 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело). 410* Молярная теплоемкость графита согласно [3] составляет 8,54 Дж/(K·моль). Урок 2. Относительная атомная масса химических элементовВ уроке 2 «Относительная атомная масса химических элементов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим разные способы выражения массы химических элементов. Напоминаю, что в прошлом уроке «Атомы и химические элементы» мы рассмотрели, кто и когда высказал идею о том, что все вокруг состоит из атомов; также выяснили, что из себя представляет химический элемент и каким образом обозначается.
Чем различаются атомы разных элементов между собой? Вы уже знаете: массой, размерами и строением. На рисунке 30 показаны шаровые модели атомов некоторых химических элементов, конечно, не в реальных размерах, а многократно увеличенные. В действительности атомы настолько малы, что их невозможно рассмотреть даже в самые лучшие оптические микроскопы.
На заметку: В конце XX в. у ученых появились более совершенные микроскопы, позволяющие достигать увеличения в несколько десятков миллионов раз. Они называются туннельными микроскопами. На рисунке 31 показана фотография поверхности кремния. На ней отчетливо видны отдельные атомы, расположенные на поверхности этого вещества.
Размеры и масса атомовСовременная наука обладает методами, позволяющими определять размеры и массы атомов. Так, например, самый легкий атом — атом водорода. Его масса равна 0,0000000000000000000000000016735 кг. Самым маленьким является атом гелия He. Диаметр этого атома равен приблизительно 0,00000000098 м. Записывать и читать такие числа затруднительно, поэтому обычно их представляют в более удобном виде: 1,6735·10 −27 кг и 9,8·10 −10 м. Атомы большинства химических элементов по своим размерам значительно больше атома гелия. Самый большой из них — атом элемента франция Fr. Его диаметр в 7 раз больше диаметра атома гелия (рис. 32). Еще больше различаются атомы разных элементов по массе. Масса атома обозначается символом ma и выражается в единицах массы СИ (кг). Так, например, масса атома углерода равна: ma(С) = 19,94·10 −27 кг, а атома кислорода — ma(О) = 26,56·10 −27 кг. Масса атома самого тяжелого из существующих на Земле элементов — урана U — почти в 237 раз больше массы атома водорода. Атомная единица массыПользоваться такими маленькими величинами масс атомов при расчетах неудобно. К тому же, когда в XIX в. начало формироваться атомно- молекулярное учение, ученые еще не представляли реальных размеров и масс атомов. Поэтому на практике вместо истинных масс атомов стали применять их относительные значения. Они рассчитывались по массовым отношениям простых веществ в реакциях друг с другом. Химики предположили, что эти отношения пропорциональны массам соответствующих атомов. Именно так в начале XIX в. Дж. Дальтон ввел понятие относительной атомной массы, приняв за единицу сравнения массу самого легкого атома — водорода.
В настоящее время в качестве такой единицы сравнения используется 1/12 часть массы атома углерода (рис. 33). Она получила название атомной единицы массы (а. е. м.). Ее международное обозначение — u (от английского слова «unit» — единица): Атомная единица массы — это 1/12 часть массы атома углерода, которая равна 1,66·10 −27 кг. Относительная атомная массаСравнивая средние массы атомов различных элементов с атомной единицей массы, получают значения относительных атомных масс химических элементов. Относительная атомная масса элемента — это физическая величина, которая показывает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше 1/12 части массы атома углерода. Относительная атомная масса обозначается символами Ar ( А — первая буква английского слова «atomic» —атомный, r — первая буква английского слова «relative», что значит относительный), следовательно:
где Х — символ данного элемента. Например, относительная атомная масса водорода:
В таблице Менделеева приведены относительные атомные массы всех элементов. В расчетах при решении задач мы будем пользоваться округленными до целых значениями этих величин (см. урок 1). Внимание! Очень часто относительную атомную массу называют просто атомной массой. Однако следует отличать атомную массу — величину относительную (например, Ar(О) = 16) — от массы атома — величины, выражаемой в единицах массы — килограммах ( ma(O) = 26,56·10 −27 кг) или атомных единицах массы ( ma(O) = 16· u ). Пример. Во сколько раз атом ртути тяжелее атома кальция? Решение. Относительные атомные массы элементов равны: Ar(Hg) = 201 и Ar(Ca) = 40. Масса атома ртути равна: ma(Hg) = Ar(Hg)·u (кг).
Другими словами, отношение масс атомов этих элементов равно отношению их относительных атомных масс. Следовательно, отношение масс атомов ртути и кальция равно:
Ответ: в 5,03 раза. Краткие выводы урока: Надеюсь урок 2 «Относительная атомная масса химических элементов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Молярная масса углеродаМолярная масса углеродаЛюбое химическое соединение кроме молярной массы характеризуется относительной молекулярной массой. Относительная молекулярная масса Mr – это молярная масса соединения, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 ( 12 С). Это безразмерная величина. Относительная атомная масса Ar – это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 ( 12 С). Относительная атомная масса углерода равна 12,0116 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 12,0116, а молярная масса: M(С) = Mr (С) × 1 моль = 12,0116 г/моль. В обычных условиях углерод (строение атома показано на рис. 1) может существовать в виде нескольких простых веществ – аллотропных модификаций. Таковыми являются алмаз, кристаллизующийся в кубической и гексагональной (лонсдейлит) системе, и графит, принадлежащий к гексагональной системе. Все они имеют молярную массу равную 12,0116 г/моль. Кроме этого известны и другие формы углерода, например, древесный уголь, кокс, сажа, карбин, поликумулен, графен, фуллерен, нанотрубки, нановолокна, астрален и т.д.
Рис. 1. Строение атома углерода. Углерод не может существовать в виде газа, только в форме твердого вещества, поэтому для нахождения значения его молярной массы нельзя использовать величину молярного объема или производить расчеты по формуле Менделеева-Клапейрона. Примеры решения задач
2C + O2 = 2CO + 220 кДж. Рассчитайте количество теплоты, которая выделится при сгорании углерода массой 3 г. | ||
| Решение | Известно, что в реакцию вступило 3 г углерода. Рассчитаем массу исходного вещества основываясь на уравнении реакции. Согласно стехиометрическим коэффициентам количество вещества углерода равно 2 моль (n(C) = 2 моль). Найдем массу углерода (молярная масса равна 12 г/моль): Данное термохимическое уравнение реакции показывает, что при сгорании 24 г углерода выделяется 220 кДж теплоты. Примем за «х» количество теплоты, которое выделится при сгорании 3 г углерода и составим пропорцию: x = 3 × 220 / 24 = 27,5 кДж. | |||
| Ответ | При неполном сгорании 3 г углерода выделяется 27,5 кДж теплоты. |
| Задание | При сгорании угля массой 187,5 г образовался оксид углерода (IV) объемом 336 л (нормальные условия). Вычислите массовую долю углерода в угле. |
| Решение | Запишем уравнение реакции сгорания угля: |
Найдем количество вещества образовавшегося оксида углерода (IV):
n(CO2) = 336 / 22,4 = 15 моль.
Согласно уравнению реакции n(CO2) :n(C) = 1:1, т.е. n(CO2) =n(C) = 15 моль. Рассчитаем массу углерода (молярная масса равна 12 г/моль):
Относительная атомная масса и молекулярная масса веществ и элементов в таблице (химия, 8 класс)
Для измерения массы атома используется относительная атомная масса, которая выражается в атомных единицах массы (а. е. м.). Относительная молекулярная масса складывается из относительных атомных масс веществ.
Понятия
Для осознания, что такое относительная атомная масса в химии, следует понимать, что абсолютная масса атома слишком мала, чтобы выражать её в граммах, а тем более в килограммах. Поэтому в современной химии за атомную единицу массы (а. е. м.) взята 1/12 часть массы углерода. Относительная атомная масса равна отношению абсолютной массы к 1/12 абсолютной массы углерода. Другими словами относительная масса отражает, во сколько раз масса атома конкретного вещества превышает 1/12 массы атома углерода. Например, относительная масса азота – 14, т.е. атом азота содержит 14 а. е. м. или в 14 раз больше, чем 1/12 часть атома углерода.
Рис. 1. Атомы и молекулы.
Среди всех элементов водород самый лёгкий, его масса равна 1 единице. Самые тяжёлые атомы имеют массу в 300 а. е. м.
Молекулярная масса – значение, показывающее, во сколько раз масса молекулы превышает 1/12 часть массы углерода. Также выражается в а. е. м. Масса молекулы складывается из массы атомов, поэтому для вычисления относительной молекулярной массы необходимо сложить значения масс атомов вещества. Например, относительная молекулярная масса воды равна 18. Это значение складывается из относительных атомных масс двух атомов водорода (2) и одного атома кислорода (16).
Рис. 2. Углерод в периодической таблице.
Как видно, эти два понятия имеют несколько общих характеристик:
Молярная и молекулярная массы совпадают численно, но отличаются по размерности. Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству молей. Она отражает массу одного моля, который равен числу Авогадро, т.е. 6,02 ⋅ 1023. Например, 1 моль воды весит 18 г/моль, а Mr(Н2О) = 18 а. е. м. (тяжелее в 18 раз одной атомной единицы массы).
Как рассчитать
Чтобы выразить относительную атомную массу математически, следует определить, что 1/2 часть углерода или одна атомная единица массы равна 1,66⋅10−24 г. Следовательно, формула относительной атомной массы имеет следующий вид:
где ma – абсолютная атомная масса вещества.
Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической таблице Менделеева, поэтому её не нужно рассчитывать самостоятельно при решении задач. Относительные атомные массы принято округлять до целых. Исключение составляет хлор. Масса его атомов равна 35,5.
Следует обратить внимание, что при расчёте относительной атомной массы элементов, имеющих изотопы, учитывается их среднее значение. Атомная масса в этом случае высчитывается следующим образом:
где Ar,i – относительная атомная масса изотопов, ni – содержание изотопов в природных смесях.
Например, кислород имеет три изотопа – 16О,17О, 18О. Их относительная масса равна 15,995, 16,999, 17,999, а их содержание в природных смесях – 99,759 %, 0,037 %, 0,204 % соответственно. Поделив проценты на 100 и подставив значения, получим:
Ar = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 а.е.м.
Обратившись к периодической таблице, легко найти это значение в клетке кислорода.
Рис. 3. Таблица Менделеева.
Относительная молекулярная масса – сумма масс атомов вещества:
При определении значения относительной молекулярной массы учитываются индексы символов. Например, вычисление массы H2CO3 выглядит следующим образом:
Mr = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 а. е. м.
Зная относительную молекулярную массу, можно вычислить относительную плотность одного газа по второму, т.е. определить, во сколько раз одно газообразное вещество тяжелее второго. Для этого используется уравнение D(y)x = Mr(х) / Mr(y).
Что мы узнали?
Из урока 8 класса узнали об относительной атомной и молекулярной массе. За единицу относительной атомной массы принята 1/12 часть массы углерода, равная 1,66⋅10−24 г. Для вычисления массы необходимо абсолютную атомную массу вещества разделить на атомную единицу массы (а. е. м.). Значение относительной атомной массы указано в периодической системе Менделеева в каждой клетке элемента. Молекулярная масса вещества складывается из суммы относительных атомных масс элементов.