Скільки важить повітря? На перший погляд, це абсолютно безглуздий питання, адже повітря не можна помацати, він, як ми звикли думати, не тисне на нас, він зовсім невидимий, не відчувається, і взагалі, хіба може повітря щось важити? Іноді навіть говорять про худеньких і кістлявих людей: “Так він (або вона) легше повітря!”. Скільки важить повітря, здається, питання зовсім абсурдний. І тим не менш, звідки він береться.
Питання про те, скільки важить повітря, далеко не так абсурдний, як здається на перший погляд. Він зовсім не позбавлений сенсу, коли йдеться про вагу повітря у контексті хімічних реакцій і розрахунків. Зазвичай хіміки оперують молярної маси повітря.
Що ж це таке і яким чином ученим вдалося зважити повітря? Вони користувалися якимись особливими вагами? І чого маса повітря дорівнює? У чому її вимірювати? І що робити, якщо потрібно розрахувати вага дуже великого обсягу повітря?
Що таке молярна маса?
Молярна маса — це відношення (знак ділення) маси речовини до кількості молей цієї речовини. Іншими словами, молярної маси речовини називається маса одного моля цієї речовини.
Загальновживана форма запису молярної маси в хімічних формулах — заголовна літера “М”. Тобто, якщо вам потрібно записати формулою фразу “молярна маса речовини дорівнює”, вона буде виглядати наступним чином: М = …”
Зазвичай нижнім індексом вказують, молярна маса якої речовини мається на увазі. Для складного речовини, такого, як повітря, не має певної короткої форми запису, можна вказувати також у дужках. Тоді молярную масу повітря можна позначати як Мвоздуха або як М (повітря). Кращий все ж варіант запису нижнім індексом.
У чому вимірюється молярна маса?
Одиницею вимірювання молярної маси в Міжнародній системі одиниць (СІ) є кілограм на моль. У скороченому вигляді в російськомовному варіанті це буде виглядати як “кг/моль”, а прийняте міжнародне скорочення записується як kg/mol. Історично, однак, склалося так, що молярна маса вимірюється в грамах на моль, так як мова, як правило, ведеться про дуже малих величинах і кількостях речовини, а значить, кілограми тут тільки обтяжили б розрахунки, не виконуючи ніякої іншої функції.
Що таке моль?
Як вже було сказано вище, молярна маса висловлює вага одного моля речовини. Але що ж таке цей моль? Як її порахувати? Хто і коли вирішив вважати масу в молях?
Моль, відповідно до Резолюції XIV Генеральної конференції з мір і ваг, прийнятої в 1971 році, та Положенням про одиницях величин, що допускаються до застосування в Російській Федерації, визначається як кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці-12 масою 0,012 кг В якості структурних елементів можуть виступати атоми, молекули, іони, електрони або інші частинки і специфіковані групи частинок.
Назва цієї величини відбувається від латинського moles, що означає “кількість, маса, рахункове безліч”.
Яка молярна маса повітря?
Так скільки ж все-таки важить повітря? Хіміки можуть дати точну відповідь на це питання. Середня молярна маса повітря складає 28,98 грамів на моль. Для простоти розрахунків в навчальних цілях це число зазвичай округляють до 29 грамів на моль. Записується це при вирішенні хімічних рівнянь як 28,98 г/моль або як 29 г/моль. Молярна маса повітря для типових розрахунків, які не вимагають високої точності, є незмінною.
Як вдалося зважити моль повітря?
Повітря — це суміш різних газів. В основному в його склад входять азот і кисень. Разом їх частка в повітрі становить понад 98 відсотків. Крім них, у повітрі містяться водень, вуглекислий газ, аргон і зовсім крихітні домішки інших газів, які утворюють атмосферу Землі, а також дрібні частки водяної пари.
Молярна маса повітря вираховується як молярна маса суміші кількох речовин, що входять до його складу. Тобто для знаходження її необхідно знайти середнє арифметичне зважене молярної маси масових часток, які входять до складу індивідуальних речовин, що утворюють повітря.
Для зручності підрахунків хіміками беруться деякі ідеальні значення молярних мас газів, що входять до складу повітря, а також деякі абсолютні частки цих газів у повітрі. Число 28,98 грамів на моль виходить в результаті знаходження середнього арифметичного зваженого з використанням цих даних.
Завжди моль повітря буде важити рівно стільки?
Оскільки повітря являє собою суміш газів, що він являє собою нестійке з’єднання, в якому точні частки речовин можуть змінюватися в залежності від різних умов.
Так, наприклад, вміст у повітрі вуглекислого газу вище у великих містах, чим в сільській місцевості, або тим більше в лісах, де він споживається деревами, навпаки, які привносять в його склад більший відсоток кисню. Взагалі, склад повітря в міському середовищі дуже сильно змінений ще й за рахунок вихлопних газів, роботи заводів і підприємств, нерівномірного концентрації зелених і загорнених в бетон і цемент ділянок, а також промислових і рекреаційних зон.
Інший прояв відмінностей в складі повітря в різних місцях добре знайоме альпіністам. Пов’язано воно з тим, що молекули кисню мають більшу масу, а тому з висотою його концентрація в повітрі зменшується. Отже, у високогірних районах кисню в повітрі міститься значно менше, ніж на рівнині або в низині. Концентрація азоту в повітрі при цьому стає з висотою вище за рахунок зменшення концентрації кисню, так як цей газ має меншу молярную масу, ніж молярна маса кисню. Саме тому підкорювачів гірських вершин доводиться тягати на собі кисневі балони, а у вперше потрапив у гірську місцевість людини може запаморочитися голова.
Також впливає на концентрацію газів у повітрі водяна пара. Частка його вмісту в повітрі залежить від вологості, температури, клімату, пори року і деяких інших умов. Частка його зазвичай не надто значна, проте може досягати в окремих місцевостях декількох відсотків.
Яким чином можна знайти масу більшої кількості повітря?
Знаючи молярную масу повітря, можна розрахувати, скільки важить більший об’єм повітря. Для цього необхідно знати кількість повітря.
Маса повітря розраховується шляхом множення кількості повітря на його молярную масу. Якщо записати це твердження у вигляді формули, схема розрахунків буде виглядати наступним чином: m = V × M. У цій формулі m позначає масу повітря, V — кількість повітря в молях, а M — молярную масу повітря.
