Кимёвий ҳодисалар содир бўлганда моддалар маълум миқдорий нисбатларда ўзаро таъсирлашадилар. Моддаларнинг миқдорлари ва улар билан богълиқ бўлган ҳисоблашларни амалга ошириш учун «атом массаси«, «молекуляр масса«, «мол» тушунчаларини билиш. зарур. Бу тушунчаларни ўрганишдан олдин атом-молекуляр таълимот нуқтаи назаридан қисқача таърифларни эслаб ўтамиз.
М. В. Ломоносов ўзининг «Математик кимё элементлари» асарида атом-молекуляр таълимотнинг асосий қоидаларини қуйидагича келтиради:
- Барча моддалар корпускула (молекула)лардан иборат ва бу корпускулалар орасида оралиқлар бор.
- Молекулалар тўхтовсиз ҳаракатда бўладилар.
- Молекулалар «элемент» (атом)лардан иборат. Атомлар ҳам молекулалар каби тўхтовсиз ҳаракатда бўладилар.
- Атомларнинг муайян масса ва ўлчами бор.
- Оддий моддаларнинг молекулалари бир хил атомлардан, мураккаб моддаларнинг молекулалари эса ҳар хил атомлардан тузилган.
Атом-молекуляр таълимот кимёда ХIХ асрнинг ўрталарида тўла тасдиқланди. 1860 йилда Карлсруеда бўлган кимёгарларнинг халқаро съездида атом ва молекулага таъриф берилди. Бунга асосан:
Молекула — муайян модданинг кимёвий таркиби, тузилиши — ва хоссаларини ўзида мужассамлаштирган энг кичик заррача. Молекуланинг кимёвий хоссалари унинг таркиби ва кимёвий тузилиши билан аниқланади.
Атом — кимёвий элементнинг барча хоссаларини ўзида намо- ён этувчи оддий ва мураккаб моддалар молекуласи таркибига ки- рувчи энг кичик заррача. Атомнинг кимёвий хоссалари унинг тузили- шига богълиқ.
Ҳозирги кунда атомга қуйидагича таъриф берилади:
Атом мусбат зарядланган ядро билан унинг атрофида ҳаракатланувчи манфий зарядли бир ёки бир неча электронлардан таркиб топган электронейтрал заррача.
Кимёвий моддалар молекуляр ва номолекуляр тузилишга эга бўлади. Молекуляр тузилишга эга бўлган моддалар молекулалардан иборат, масалан: углерод (IV)-оксид ва сув. Номолекуляр тузилишга эга бўлган моддалар эса бир-бири билан кимёвий богъланган заррачалар (атом, ион) лардан таркиб топган бўлади. Масалан, олмос, кремний, оксидлар, тузлар.
Молекуляр тузилишли моддаларда молекулалар орасидаги боғланиш (ўзаро таъсир) атомлар ва ионлар орасидагига нисбатан анча бўшроқ бўлади. Шу сабабли, бундай моддаларнинг суюқланиш ва қайнаш температуралари пастроқ бўлади. Номолекуляр тузилишли моддаларда эса заррачалар орасидаги кимёвий боғланиш кучли бўлади. Шунинг учун бу моддаларнинг суюқланиш ва қайнаш температуралари нисбатан юқорироқ бўлади.
Кимёвий элемент — ядросининг мусбат зарядлари сони бир хил бўлган атомлар тури. Атомлар ядросидаги мусбат заряд элементнинг Д. И. Менделеев даврий жадвалидаги тартиб рақамига тенгдир. Ҳар хил элементларда атом ядросининг мусбат заряди ҳар хил бўлади.
Кимёвий элементлар ер қобиғида жуда нотекис тарқалган. Ер қобиғининг юқори қисмида элементлар тахминан қуйидагича тарқалган: ер қобиғи массасининг 47% ини кислород, 29,5% ини кремний, 8,05% ини алюминий, 4,65% ини темир, 3,3% ини калсий, 2,5% ини натрий, 2,5% ини калий, 1,87% ини магний, 0,15% ини водород ташкил этади. Ер қобиғида элементларнинг тарқалишини ўрганувчи фан геокимё ёки ер кимёси деб аталади.
Юқорида келтирилган элементлар ер қобиғининг 99,52% ини, ва қолган барча элементлар 0,48% ни ташкил этади. Д. И. Менделеев аниқла- шича, табиатда атом огъирлиги кичик бўлган элементлар кўп тарқалган, организмларда ҳам енгил элементлар (водород, углерод, азот, кислород) кўп миқдорда бўлади.
Атом массаси
Атом массаси. Атомларнинг ҳақиқий массалари 10-24 дан 10-22 граммгача бўлади. Бу қийматлар жуда кичик бўлиб, амалда улардан фойдаланиб бўлмайди. Шу сабабли атомларнинг реал массалари ўрнига «нисбий атом масса”си тушунчаси ишлатилиб (А), унинг ўлчов бирлиги сифатида «углерод бирлиги” (у. б) тушунчаси қабул қилинган.
Атомнинг углерод бирлигига нисбатан аниқланган массаси атоммассаси дейилади. «Углерод бирлиги” деб, углерод атомининг массаси 12 бўлган изотопи массасининг 1/12 қисмига тенг бўлган масса миқдорига айтилади. Бу тушунчага асосан:
Нисбий атом масса (А) = (Элемент битта атомининг массаси)\( 12C атом массасининг1/12 қисми)
“Углерод бирлиги” бўйича водород (H) атомининг массаси 1,0078 у. б. га тенг бўлиб, бу қийматнинг маъноси 1 та H атомининг массаси углерод атоми массасининг 1/12 қисмига нисбатан 1,0078 марта катта демакдир. Шунингдек, кислород (16О) атомининг массаси 15,994 = 16 марта огъир, деган маънони англатади.
12C атоми огъирлигининг 1/12 қисми массанинг атом бирлиги ҳам дейилади ва м.а. б кўринишида белгиланади. Унинг ҳақиқий сон қиймати 1 (1,66056550,0000086)10-27 г. = м.а. б.
Масалан, темир атоми массаси 56 у.б.га тенг деганда, бутемир атоми 12C атоми массасининг 1/12 қисмидан 56 мартаогъирлигини билдиради.
Ҳар қандай элементнинг нисбий атом массаси деб, сон жиҳатдан унинг атом массасига тенг бўлиб, углерод бирликларида ифодаланган огъирлигига айтилади. Элементларнинг нисбий атом массалари қиймати даврий жадвалда берилган бўлиб, бу қийматлардан барча кимёвий ҳисоб- лашларда фойдаланилади. Масалан: Аr(Fe)=55,847 м.а.б.: Аr(Cl) = 35,453 м.а.б. ва ҳоказо.
Нисбий атом масса — элемент атоми массасини ¹²К (углерод-12) атоми массасининг 1/12 қисмидан неча марта огъирлигини кўрсатувчи катталик.
Ҳозирги вақтда элементларнинг нисбий атом массаларини аниқлашда масс-спектроскопия усули қўлланилиб, “стандарт” сифатида ¹²C атомининг массасидан фойдаланилади.
Атомнинг абсолут массаси — элемент атомининг ҳақиқий массаси бўлиб, жуда кичик масса бирлигига тенг. Абсолут массани топиш учун элементнинг даврий жадвалда берилган нисбий атом массасини Авогадро сонига, яъни 6,02 1023 га бўлинади.
Моляр масса. Модданинг нисбий моляр массаси деб, сон жиҳатдан ҳар қандай модда молекуласининг массасига тенг бўлиб, углерод бирликларида ифодаланган огъирлигига айтилади. Моляр масса ҳам ¹²C — атомининг 1/12 қисмига нисбатан ўлчангани учун «нисбий моляр масса” дейилади ва Мr— ҳолида белгиланади.
Масалан: Мr (О₂) = 32 у.б. ёки 32 г/мол, Мr (H₂SО4) = 98 у. б. ёки 98 г/мол ва ҳоказо. Молекула таркибига кирган атомлар сони битта бўлса (Fe, Au, Аr, Cu, Si), моляр масса атом массасига тенг бўлади: Мr= (Fе) = Аr(Fе) = 55,847 у. б. ёки 55, 847 г/мол. Агар икки ёки ундан ортиқ атомдан иборат молекулалар бўлса, уларнинг массалари қуйидагича ҳисобланади.
М(H2O)=2А(H)+А(O)=(2•1)+16=18 у. б. ёки 18 г/мол
М(H3PO4) = 3А(H)+А(P) +4А(O) =(3•1)+31+(4•16) = 98 у. б. ёки 98 г/мол.
Айрим мураккаб молекулалар: КАl(SО4)₂•12H₂О нинг моляр массасини ҳисоблашда ҳам шу қоидага амал қилинади.
Мr = А(K) + А(AI)+2А(S)+8А(O)+ 12М(H2O) =39+27+ + (322) + (8-16) + (1182)=474 у. б.ёки 474 г/мол.
Кимёда моддалар миқдорининг ўлчов бирлиги сифатида “мол” қабул қилинган.
«Мол» деб, модданинг12C изотопининг 6,02•1023 та К атомлари сонига тенг заррача (молекула, атом, ион) сақлаган миқдорига айтилади. Масалан, сувнинг моляр огъирлиги ≈ 18 у. б. га тенг. Сувнинг 1 моли 18 граммга тенг бўлади ва 6,02•1023 та сув молекуласидан иборат.
Мол -бу моддаламинг 0,012 кг углерод изотопи 12C да нечта атом бўИса, таркибида шунча структурабирликлар (молекула, атом, ион, электрон) бўладиган миқдоридир.
Битта углерод атоми массаси 1,993•10-26 кг, 0,012 кг атомлар сони NA қуйидагича топилади:
6,02•1023-Авогадро сони дейилади ва барча моддалар учун бир хилда қўлланади.
Шу билан бир қаторда, кимёвий ҳисоблашларда кило-молекула (к- мол), миллиграмм-молекула (мг-мол) ҳам ишлатилади. 1 к-мол 1000 молга тенг, 1 мг-мол 0,001 молга тенг бўлади.
Модданинг «мол»лар сонини н, массасини м ва молекуляр массасини М билан белгиласак, бу учала катталик орасидаги ўзаро богълиқлик:
Бу формуладан моддаларнинг миқдорини ҳисоблашда жуда кенг фойдаланилади. Масалан: 20 грамм NaOH да неча «мол» модда борлигини ҳисоблайлик. Демак, mNaOH = 20 г, МNaOH= 40 г/мол бўлса, юқоридаги формулага биноан:
