Молекулярная масса

Молекулярная масса, молекулярный вес, значение массы молекулы, выраженное в атомных единицах массы. Практически молекулярная масса равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекулы; умножение молекулярной массы на принятую величину атомной единицы массы (1,66043 ± 0,00031) ×10-24 г даёт массу молекулы в граммах.

  Понятие молекулярной массы прочно вошло в науку после того, как в результате работ С. Канниццаро, развившего взгляды А. Авогадро, были четко сформулированы различия между атомом и молекулой; уточнению понятия молекулярной массы способствовали открытие Ф. Содди явления изотопии (см. Изотопы) и разработка Ф. Астоном масс-спектрометрического метода определения масс.

  Понятие молекулярной массы тесно связано с определением молекулы; однако оно приложимо не только к веществам, в которых молекулы существуют раздельно (газы, пары, некоторые жидкости и растворы, молекулярные кристаллы), но и к остальным случаям (ионные кристаллы и др.).

  За молекулярную массу часто принимают среднюю массу молекул данного вещества, найденную с учётом относительного содержания изотопов всех элементов, входящих в его состав. Иногда молекулярную массу определяют не для индивидуального вещества, а для смеси различных веществ известного состава. Так, можно рассчитать, что «эффективная» молекулярная масса воздуха равна 29.

  Молекулярная масса — одна из важнейших констант, характеризующих индивидуальное вещество. Молекулярные массы разных веществ сильно различаются между собой. Так, например, величины молекулярных масс водорода, двуокиси углерода, сахарозы, гормона инсулина соответственно составляют: 2,016; 44,01; 342,296; около 6000. Молекулярные массы некоторых биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) достигают многих млн. и даже нескольких млрд. Величины молекулярных масс широко используются при различных расчётах в химии, физике, технике. Знание молекулярных масс автоматически даёт величину грамм-молекулы (моля), позволяет вычислить плотность газа (пара), рассчитать молярную концентрацию (молярность) вещества в растворе, найти истинную формулу соединения по данным о его составе и т. д.

  Экспериментальные методы определения молекулярных масс разработаны главным образом для газов (паров) и растворов. В основе определения молекулярных масс газов (паров), лежит Авогадро закон. Известно, что объём 1 моля газа (пара) при нормальных условиях (0 °С, 1 атм) составляет около 22,4 л; поэтому, определив плотность газа (пара), можно найти число его молей, а следовательно, найти и молекулярную массу. В случае растворов для определения молекулярных масс чаще всего используют криоскопический и эбулиоскопический методы (см. Криоскопия и Эбулиоскопия). Экспериментальные методы дают сведения о среднем значении молекулярной массы вещества. Оценку молекулярных масс отдельных молекул можно проводить методом масс-спектрометрии.

  Молекулярные массы являются важной характеристикой высокомолекулярных соединенийполимеров, определяющей их физические (и технологические) свойства. Макромолекулы полимеров образуются повторением сравнительно простых звеньев (групп атомов); число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества, различно, вследствие чего молекулярная масса макромолекул таких полимеров также неодинакова. Поэтому при характеристике полимеров обычно говорят о среднем значении молекулярной массы; эта величина даёт представление о среднем числе звеньев в молекулах полимера (о степени полимеризации).

  Полное описание размеров молекул полимера даёт функция распределения по молекулярным массам (молекулярно-массовое распределение): эта функция позволяет найти долю молекул (определённого размера) данного полимерного вещества, молекулярные массы которых лежат в заданном интервале масс (от М до М + DМ).

  На практике обычно определяют среднюю молекулярную массу полимера, исследуя тем или иным методом его раствор. Свойства растворов могут зависеть от числа молекул, находящихся в растворе (при этом разные по массе молекулы ведут себя совершенно одинаково), от массовой (весовой) концентрации раствора (в этом случае одна большая молекула производит такой же регистрируемый эффект, как и несколько малых) и от других факторов. Если полимер состоит из неодинаковых молекул, то средние значения молекулярных масс, измеренные разными способами, будут различны. Так, понижение температуры замерзания (повышение температуры кипения) разбавленного раствора зависит только от числа содержащихся в нём молекул, а не от их размеров, поэтому криоскопический и эбулиоскопический методы позволяют находить среднечисленную молекулярную массу полимера («простое» среднее). Интенсивность света, рассеянного раствором полимера, зависит от массы вещества, находящегося в растворе, а не от числа молекул: поэтому метод, основанный на измерении интенсивности рассеянного света, используется для определения величины молекулярной массы полимера, усреднённой по массе. Другие методы (седиментационного равновесия, вискозиметрический и т. д.) позволяют найти иные средние значения молекулярных масс полимеров. Сравнивая средние величины молекулярных масс, определённые разными методами, можно сделать вывод о молекулярно-массовом распределении. В простейшем случае, когда среднечисленная молекулярная масса полимера совпадает со значением молекулярной массы, усреднённой по массе, можно сделать вывод, что полимер состоит из одинаковых молекул (т. е. монодисперсен).

 

  Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1973; Гуггенгейм Э. А. и Пру Дж., Физико-химические расчёты, пер. с англ., М., 1958; Губен-Вейль, Методы органической химии, т. 2, М., 1967. См. также лит. при ст. Макромолекула.

  С. С. Бердоносов.

 


ПраймКемикалсГрупп