Молярная масса: что это, как рассчитать и таблица значений для веществ

Татьяна Яснова

Пишу и редактирую материалы о школьном образовании, семейном обучении, поступлении и выборе образовательных программ. Стараюсь объяснять сложные вопросы простым и понятным языком, опираясь на актуальные нормативные документы и экспертные материалы.

Задать вопрос

Быстрый ответ: Молярная масса — это масса одного моля вещества, нужная школьнику и химику для перевода граммов в количество вещества. Обозначают её буквой M, считают по формуле M = m/n и выражают в г/моль. Моль с 20 мая 2019 года задан фиксированным числом Авогадро — 6,02214076·10²³ структурных элементов^[1]. Численно M совпадает с относительной молекулярной массой Mr, но Mr безразмерна^[2]. Для воды значение равно 18,015 г/моль, для сухого воздуха — около 28,96 г/моль.

Ключевые факты: молярная масса в одном экране

• Что показывает величина. Молярная масса равна массе порции вещества количеством один моль и выражается в г/моль.
• Моль задан точным числом. Один моль содержит ровно 6,02214076·10²³ структурных элементов — норма действует с 2019 года^[1].
• Mr и M — разные величины. Относительная молекулярная масса безразмерна, а у M есть размерность г/моль^[2].
• У смеси нет своего значения. Для сухого воздуха берут среднее по мольным долям — около 28,96 г/моль по стандартной атмосфере^[3].
• Порядок расчёта. Сложите атомные веса всех элементов формулы с учётом индексов и припишите г/моль.

Запрос «молярная масса» школьник обычно вводит перед задачей, где из граммов нужно получить моли. Тема закреплена в федеральной образовательной программе по химии, утверждённой приказом Минпросвещения России от 18.05.2023 № 371^[4]. Дальше начинается путаница: в одном задании спрашивают Mr, в другом — M, а у воздуха в справочнике стоит дробное значение.

Что такое молярная масса и что она показывает

Молярная масса — масса одного моля вещества, выраженная в граммах на моль. Весы не умеют считать частицы, а реакции идут между атомами и молекулами в целых соотношениях. M работает переводчиком между двумя языками: граммами на весах и молями в уравнении реакции.

Моль — единица количества вещества в СИ. С 20 мая 2019 года моль определён через фиксированное число Авогадро: 6,02214076·10²³ структурных элементов^[1]. Элементом может быть атом, молекула, ион, электрон — в условии всегда важно, что именно считают.

Формальная единица величины в СИ — кг/моль^[5]. В химии и в школьных задачах пользуются г/моль: так число в ответе совпадает с относительной молекулярной массой, и считать проще. Применение единиц СИ в России опирается на Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»^[6].

Основная формула — M = m/n: масса порции, делённая на количество вещества в ней^[2]. Из неё выводятся две рабочие: n = m/M и m = n·M. Третья связка — через число частиц: N = n·NA.

Физический смысл простой. Одна и та же масса разных веществ — это разное число частиц: 18 г воды и 18 г железа содержат неодинаковые порции. Величина M и переводит массу в счётное количество.

Чем M отличается от молекулярной и относительной атомной массы

Молярная масса и относительная молекулярная масса численно равны, но различаются размерностью. Mr — отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12, то есть чистое число без единиц^[2]. M — физическая величина, и без «г/моль» запись неполная.

Относительная атомная масса Ar устроена так же, но для атома: Ar(H) = 1,008, Ar(O) = 15,999 по действующим рекомендациям ИЮПАК 2021 года^[7]. Из Ar складывают Mr, а из Mr получают M простой припиской единицы.

Утверждение «M и Mr — одно и то же» не выдерживает проверки единицами: совпадают числа, а не величины^[2]. Ответ «18» без размерности формально неверен: 18 — это отношение, а 18 г/моль — масса порции.

После пересмотра СИ значение для углерода-12 перестало быть ровно 12 г/моль по определению. Сейчас его получают измерением: 11,999999996 г/моль^[8]. В школьной задаче разница незаметна, но формулировка «ровно 12 по определению» устарела с 2019 года^[1].

Как рассчитать значение по таблице Менделеева: формула и алгоритм

Расчёт сводится к двум действиям: взять атомные веса и сложить их по индексам формулы. Таблица Менделеева даёт Ar каждого элемента, химическая формула — число атомов каждого вида в формульной единице. Больше данных не нужно.

1. Запишите точную формулу вещества — с индексами и скобками.
2. Выпишите Ar каждого элемента из таблицы Менделеева в редакции ИЮПАК^[7].
3. Умножьте каждое Ar на число атомов этого элемента.
4. Сложите произведения — получится Mr.
5. Припишите единицу г/моль — так получается M.

Пример для воды: два атома водорода дают 2 · 1,008, один атом кислорода — 15,999, в сумме 18,015 г/моль^[7]. В школьных задачах то же значение округляют до 18 г/моль — точности хватает.

Округляйте в конце. Если урезать Ar на каждом шаге, в длинной формуле вроде Al₂(SO₄)₃ ошибка накопится и ответ разойдётся с эталонным.

Простые вещества и отдельные элементы: Fe, P, Br

Для металла значение совпадает с атомным весом элемента: железо — 55,845 г/моль, фосфор — 30,974 г/моль^[7]. Для неметалла важно, в каком виде он входит в задачу. Бром как атом — 79,904 г/моль, а молекула Br₂ — 159,808 г/моль^[7].

Ошибка здесь типовая: в условии дан «бром», а в расчёт уходит атомная масса вместо молекулярной. Последствие — ответ ровно вдвое меньше верного. Проверяйте по уравнению реакции, какая частица участвует.

Сложные соединения, соли и кристаллогидраты

Сложное вещество считают по той же схеме, просто слагаемых больше: серная кислота H₂SO₄ — 98,079 г/моль, фосфорная H₃PO₄ — 97,995 г/моль^[7]. Скобки умножают индекс на всю группу: в Al₂(SO₄)₃ три сульфат-группы, итог — 342,15 г/моль^[7].

Для иона суммируют атомные веса входящих в него атомов: вклад заряда на школьном уровне точности не учитывают.

Кристаллогидрат — отдельный капкан. Вода входит в формульную единицу, и её массу считают наравне с остальными атомами. Безводный Ba(OH)₂ — 171,34 г/моль, а октагидрат Ba(OH)₂·8H₂O — 171,34 + 8 · 18,015 = 315,46 г/моль^[7]. Та же логика у медного купороса CuSO₄·5H₂O — 249,69 г/моль^[7].

Таблица значений для газов, кислот, солей, оксидов и органики

Готовые значения для частых веществ из школьных задач собраны в одной таблице в г/моль. Все числа посчитаны по атомным весам ИЮПАК 2021 года^[7], в скобках — привычное школьное округление.

Изопропиловый спирт и изопропанол — одно и то же вещество, пропан-2-ол, поэтому значение общее: 60,096 г/моль^[7].

Воздух как смесь газов: почему 29 г/моль — это среднее

У воздуха нет собственного значения M: считают среднее по мольным долям компонентов. Для стандартного сухого воздуха получается 28,9644 г/моль по стандартной атмосфере^[3], в задачах это округляют до 29 г/моль.

Число опирается на принятый состав: азот, кислород, аргон и небольшая доля углекислого газа^[3]. Реальная доля CO₂ в атмосфере сейчас выше заложенной в стандарт, а влажный воздух даёт другое среднее. Поэтому 29 г/моль — расчётная конвенция, а не константа вещества.

Где величина нужна: стехиометрия, объём газа и задачи ЕГЭ

Через M масса переводится в количество вещества, а количество — в объём газа. Почти любая расчётная задача по химии начинается этим шагом: взяли граммы из условия, получили моли, пошли по коэффициентам уравнения реакции.

Схема короткая: n = m/M → коэффициенты уравнения → обратный переход m = n·M для искомого вещества. Для газов добавляется молярный объём: V = n·Vm.

Молярный объём идеального газа при нормальных условиях (0 °C и 101,325 кПа) равен 22,414 л/моль^[8] — в школе берут 22,4 л/моль. Стандартные условия ИЮПАК для газов другие: 0 °C и 100 кПа, и там Vm ≈ 22,711 л/моль^[8]. При 25 °C и 100 кПа значение уже около 24,79 л/моль^[8].

Представление «22,4 л/моль подходит всегда» ломается именно здесь: значение привязано к температуре, давлению и модели идеального газа^[8]. В условии задачи ищите слова про условия — они меняют ответ.

Через M считают и плотность газа, и относительную плотность по водороду или воздуху: отсюда в условиях появляются 2,016 и 29. Тема входит в школьный курс и в задания ЕГЭ по химии согласно федеральной программе^[4]. Разобрать расчёты по химии с преподавателем можно в онлайн-школе с аттестацией, а как выглядит результат такой подготовки — видно по итогам выпускников прошлого года.

Когда прямой расчёт не работает: смеси, полимеры, неопределённый состав

Формула M = m/n корректна только для чистого вещества с определённой химической формулой. Есть пять ситуаций, где её применяют с оговорками или не применяют вовсе^[2].

Смесь переменного состава. Воздух, природный газ и топливные смеси не имеют собственной M — только среднюю по мольным долям, и она меняется вместе с составом образца^[3].

Полимер. У полиэтилена нет одного значения: цепи разной длины, поэтому используют среднечисловую и средневесовую молярную массу, а разброс длин цепей описывают индексом полидисперсности^[9]. Корректный ответ на вопрос «чему равна M полимера» — распределение, а не число.

Кристаллогидрат без пометки о воде. Если по условию взят октагидрат, а в расчёт подставлены 171,34 г/моль вместо 315,46 г/моль, ответ разойдётся почти вдвое^[7].

Нестехиометрическое соединение. У части твёрдых оксидов и сульфидов состав не описывается целыми индексами, и табличное значение годится лишь как приближение.

Газовый расчёт вне нормальных условий. Множитель 22,4 л/моль не применяется, если температура и давление отличаются от 0 °C и 101,325 кПа^[8]; пересчитывайте через уравнение состояния газа.

Не путать: сама величина M не зависит от температуры, давления и агрегатного состояния — от условий зависят плотность и объём^[2]. У льда, воды и пара значение одно: 18,015 г/моль^[7].

Частые вопросы

В чём измеряется молярная масса и почему именно в г/моль

Молярная масса измеряется в г/моль, хотя формальная единица СИ — кг/моль^[5]. Причина практическая: в г/моль число совпадает с относительной молекулярной массой^[2]. Для воды это 18,015 — и как Mr, и как M в г/моль^[7].

Молярная масса и молекулярная масса — одно и то же или нет

Нет: численно они равны, по сути различаются. Mr — безразмерное отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12, M — величина с размерностью г/моль^[2]. В ответе задачи единицу пропускать нельзя.

Чему равна масса одного атома и как перевести M в массу молекулы

Массу одной частицы получают делением M на число Авогадро: m₀ = M/NA, где NA = 6,02214076·10²³ моль⁻¹^[1]. Для атома железа в формулу подставляют 55,845 г/моль^[7]. Обратный переход — умножение массы частицы на NA.

Зависит ли значение от температуры, давления и агрегатного состояния

Нет, величина определяется только составом вещества^[2]. Нагрев и сжатие меняют плотность, объём и молярный объём газа, но не массу одного моля. Поэтому у водяного пара и льда одно значение — 18,015 г/моль^[7].

Какая M у воздуха и почему значение дробное

У сухого воздуха среднее значение около 28,96 г/моль, в школьных задачах — 29 г/моль^[3]. Дробным оно выходит потому, что это взвешенное среднее по мольным долям азота, кислорода и аргона. У смеси нет формулы — значит, нет и целого числа.

Как быстро посчитать M для соли вроде Al₂(SO₄)₃

Чтобы посчитать M соли: 1) раскройте скобки по индексу — два алюминия, три серы, двенадцать кислородов; 2) сложите атомные веса с учётом числа атомов; 3) припишите г/моль. Для Al₂(SO₄)₃ получается 342,15 г/моль^[7].

Что будет, если взять безводную соль вместо кристаллогидрата

Если подставить безводное значение там, где по условию дан гидрат, ответ уйдёт в разы: 171,34 г/моль вместо 315,46 г/моль для гидроксида бария^[7]. Проверка простая — ищите в формуле точку и запись «·nH₂O».

Источники

[1] Резолюция 1 26-й Генеральной конференции по мерам и весам «О пересмотре Международной системы единиц (СИ)», 2018; введена в действие 20.05.2019.

[2] IUPAC. Compendium of Chemical Terminology («Gold Book»), 2-е издание, статьи «molar mass», «relative molecular mass», 2014.

[3] ISO 2533:1975 «Standard Atmosphere», International Organization for Standardization, 1975 (с поправками 1985).

[4] Приказ Минпросвещения России от 18.05.2023 № 371 «Об утверждении федеральных основных общеобразовательных программ», предмет «Химия».

[5] BIPM. The International System of Units (SI Brochure), 9-е издание, 2019.

[6] Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», действующая редакция.

[7] Prohaska T., Irrgeher J., Benefield J. et al. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 2022, 94(5): 573–600.

[8] CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2018.

[9] IUPAC. Definitions of terms relating to the structure and processing of sols, gels, networks, and inorganic-organic hybrid materials. Pure and Applied Chemistry, 2007.