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^[1].

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^[2]:

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

Ранее, с 2018 года, её значение, рекомендованное CODATA, было^[3]:

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

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

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

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

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 ${\displaystyle M}$.

Молярная масса некоторых веществ и смесей

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

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

Средняя молярная масса

Средняя молярная масса ${\displaystyle {\bar {M}}}$ смеси нескольких индивидуальных веществ с разными молярными массами ${\displaystyle M_{1},\,M_{2},\,\dots ,\,M_{n}}$ может быть вычислена через мольные доли ${\displaystyle x_{1},\,x_{2},\,\dots ,\,x_{n}}$ веществ в смеси как среднее арифметическое взвешенное мольных долей^[4]:

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

так как ${\displaystyle \sum _{i=1}^{n}x_{i}=1.}$

Если состав вещества задан через массовые доли ${\displaystyle w_{1},\,w_{2},\,\dots ,\,w_{n}}$ индивидуальных веществ, то средняя молярная масса определяется через среднее гармоническое взвешенное массовых долей^[4]:

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

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

Например, молярная масса воздуха ${\displaystyle {\bar {M_{a}}}}$, 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:

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

Более точный расчет средней молярной массы сухого воздуха дает 28,97 г/моль^[5].

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